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Si vous repérez ce qui vous semble être une erreur d’énoncé, vous devez le sign

Si vous repérez ce qui vous semble être une erreur d’énoncé, vous devez le signaler très lisiblement sur votre copie, en proposer la correction et poursuivre l’épreuve en conséquence. De même, si cela vous conduit à formuler une ou plusieurs hypothèses, vous devez la (ou les) mentionner explicitement. NB : Conformément au principe d’anonymat, votre copie ne doit comporter aucun signe distinctif, tel que nom, signature, origine, etc. Si le travail qui vous est demandé consiste notamment en la rédaction d’un projet ou d’une note, vous devrez impérativement vous abstenir de la signer ou de l’identifier. Tournez la page S.V.P. EAE STI 1 SESSION 2022 ____ AGREGATION CONCOURS EXTERNE Section : SCIENCES INDUSTRIELLES DE L'INGÉNIEUR Options : sciences industrielles de l’ingénieur et ingénierie mécanique sciences industrielles de l’ingénieur et ingénierie électrique sciences industrielles de l’ingénieur et ingénierie des constructions sciences industrielles de l’ingénieur et ingénierie informatique ANALYSE ET EXPLOITATION PÉDAGOGIQUE D’UN SYSTÈME PLURITECHNOLOGIQUE Durée : 6 heures ____ Calculatrice autorisée selon les modalités de la circulaire du 17 juin 2021 publiée au BOEN du 29 juillet 2021. L’usage de tout ouvrage de référence, de tout dictionnaire et de tout autre matériel électronique est rigoureusement interdit. A EAE STI 1 INFORMATION AUX CANDIDATS Vous trouverez ci-après les codes nécessaires vous permettant de compléter les rubriques figurant en en-tête de votre copie Ces codes doivent être reportés sur chacune des copies que vous remettrez. Option : sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique Concours Section/option Epreuve Matière EAE 1414A 101 7175 Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie électrique Concours Section/option Epreuve Matière EAE 1415A 101 7175 Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie des constructions Concours Section/option Epreuve Matière EAE 1416A 101 7175 Option : Sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie informatique Concours Section/option Epreuve Matière EAE 1417A 101 7175 ‒ 2 ‒ Ce sujet comporte : - le sujet et le travail demandé (pages 1 à 30) ; - les documents techniques (pages 31 à 35) ; - les documents réponses DR1, DR2 et DR3. ‒ 3 ‒ 1 Impression 3D appliquée à la construction d’une maison - de l’étude à la réalisation Ce sujet porte sur la construction d’un habitat social dans la ville de Nantes par impression 3D multi-matériaux. Cette impression 3D est réalisée à l’aide d'un dispositif de fabrication additive robotisée conçue et brevetée par la société Batiprint3D(TM) et par l'Université de Nantes. Cette technologie innovante a été mise en oeuvre pour la première fois lors de la construction d'un prototype de maison nommée «Yhnova(TM)». Figure 1 - Maison «Yhnova(TM) » terminée. D'une surface de 95 m2 et d’un coût de 195 000 euros HT intégrant les coûts de développement spécifiques, la maison Yhnova(TM) est une maison moderne dotée de multiples capteurs et équipements de domotique. Ces capteurs ont permis d’évaluer et d'analyser le comportement des matériaux ainsi que la qualité thermique et acoustique du bâtiment durant la 1ère année de mise en service. À l'issue de cette période de tests, la maison a été louée à une famille sélectionnée par la Commission d’Attribution de Logement de Nantes Métropole Habitat selon les critères habituels du logement social. CONTEXTE L’impression 3D de bâtiments est à l’heure actuelle un domaine en pleine expansion et très concurrentiel. Cette solution technique innovante permet à l’architecte d’individualiser chaque demande, notamment pour des formes courbes et ainsi intégrer les constructions dans des projets novateurs de villes intelligentes. Cette technologie réduit aussi les temps de construction. C’est également une nouvelle vision qui se dessine, une nouvelle façon de travailler, de réfléchir et de construire : davantage de numérique à l’aide de la maquette de l’habitat ou Building Information Model (BIM), plus de travail collaboratif, une construction moins énergivore (meilleures performances énergétiques) avec un impact carbone réduit (matériaux bruts, réduction des déchets et des transports) et faite de façon plus rapide et plus maîtrisée (en temps, ressources et coût). Pour le bailleur social Nantes Métropole Habitat, le projet, situé dans le quartier de la Bottière à Nantes, devait répondre à un certain nombre d’exigences indiquées sur le document technique DT1. EAE STI 1 B Tournez la page S.V.P. 2 Figure 2 - Vue de la maison Yhnova(TM) par le cabinet TICA Architecture. PRINCIPE DE FABRICATION ET IMPRESSION 3D La fabrication de la maison suit différentes phases (figure 3). Réalisation des maquettes numériques, calcul et génération des trajectoires du robot par simulation Ferraillage, réalisation de la dalle béton et séchage Mise en place du dispositif robotisé pour l'impression 3D Impression 3D des parois avec intégration de cadres des ouvrants Fabrication du toit Mise en place des huisseries Finitions intérieures et extérieures Figure 3 - Principales étapes de fabrication de la maison Yhnova(TM). Les fondations et la dalle sont réalisées de façon classique. Après le délai de séchage de la dalle, le dispositif robotisé est mis en place et imprime toutes les élévations de la maison en s’adaptant aux ouvrants prévus. Tournez la page S.V.P. 3 Lors du processus de fabrication des murs (figure 4), le robot accompagné de ses 2 opérateurs, a imprimé 51 m de murs linéaires de la maison sur une hauteur allant de 3,34 m à 3,72 m, en 54 heures. Après ce temps d’impression, se rajoutent ceux de la construction de la charpente, de la pose de la toiture et des huisseries ainsi que les finitions intérieures et extérieures. Figure 4 - Robot en phase d'impression du mur. Le sujet se focalise principalement sur les murs de la maison et le robot d'impression 3D utilisé pour les élévations de ces murs. Les différentes parties indépendantes de ce sujet proposent de vérifier plusieurs des exigences du cahier des charges de la maison (documents techniques DT1 et DT2) puis celles du robot d’impression (document technique DT3) – 1.20.3.1 « utiliser une technique d’impression multi-matériaux à fonctionnalité évolutive » ; – 1.20.3.1.1 « élever avec précision les murs » ; – 100.10 « respecter la réglementation thermique RT2012 » ; – 100.20 « respecter les caractéristiques dimensionnelles » ; – 100.30.1 « respecter les caractéristiques d’une strate en mousse » ; – 100.30.2 « respecter les caractéristiques du béton autoplaçant » ; – 1.2 « déplacer les buses de dépose de la mousse ou du béton pour suivre une trajectoire définie » ; – 1.1.1 « se repérer dans l’espace avec précision ». Bien que les différentes parties soient indépendantes, il est conseillé de traiter ce sujet dans l'ordre. Une conclusion générale sur ce projet sera enfin demandée. 4 PARTIE 1 - Mise en évidence de l'intérêt de la technique d'impression 3D et définition de conditions de mise en œuvre sur le chantier L'objectif de cette partie est d'analyser l'environnement de l'étude et de mettre en évidence l'intérêt d'une technique d'impression à fonctionnalité évolutive sur ce projet de construction afin de valider l’exigence 1.20.3.1. Le procédé Batiprint3D(TM) utilisé pour la réalisation des murs de la maison Yhnova(TM) est un procédé dit « de fabrication additive grande dimension à fonctionnalité évolutive ». Il est basé sur la dépose de deux matières « liquides » durcissantes en trois couches latérales. Les deux couches extérieures sont réalisées en mousse expansive polyuréthane (PU) à prise très rapide. La couche intérieure est obtenue à l'aide d'un béton autoplaçant. La couche intérieure, coulée entre les couches de polyuréthane, sert de structure porteuse pour le bâtiment (figure 5). Couche de béton autoplaçant Couches de mousse polyuréthane Figure 5 - Coupe transversale du mur (mur réel à gauche et sa schématisation à droite). Question 1 : Indiquer les deux fonctionnalités de la mousse de polyuréthane au cours du temps. Justifier l'utilisation du terme « impression à fonctionnalité évolutive ». La réalisation des murs de la maison Yhnova(TM) est exécutée à l'aide d'un dispositif d'impression robotisé (documents techniques DT3) principalement constitué : – d'un robot mobile autoguidé (AGV), préprogrammé, géolocalisé sur la dalle de la maison et qui se déplace de façon autonome suivant des trajectoires enregistrées au préalable (pas de guidage humain) ; – d'un bras poly articulé à 6 axes de rotation porté par l’AGV et équipé des buses de dépôt ; – d'un système de positionnement par laser (LIDAR), nécessitant l’installation de 14 mires de repérages positionnées par un géomètre sur le pourtour de la dalle ; – de 2 effecteurs de dépose, changés manuellement par l’opérateur, comprenant les différents tuyaux/buses pour réaliser l’impression des 3 couches de matériaux (polyuréthane / béton / polyuréthane). La stratégie choisie pour imprimer les 51 m linéaires de mur est de positionner l’ensemble robotique à des lieux réguliers d’impression (stations), par le déplacement de l’AGV, puis d’imprimer de manière précise à partir de ces stations grâce au bras poly articulé. Le nombre de stations et leur position sont déterminés en fonction du rayon d’action du bras poly articulé, d’un calcul d’optimisation des trajectoires permettant de limiter les déplacements de l’AGV coûteux en temps et de l’accessibilité de l’AGV. Ce processus est appliqué à la maison Yhnova(TM). 5 La figure 6 représente les murs de la maison en vue de dessus avec les stations uploads/Ingenierie_Lourd/ agregation-ext-2022-sii-epreuve-1.pdf