Les chaines d'énergie et d'information d'un objet technique - Maxicours

Les chaines d'énergie et d'information d'un objet technique

Objectifs
► Prérequis
• Citer la fonction d’usage principale d’un objet technique (« À quoi sert-il ? »)
• Connaitre les différentes fonctions techniques d’un objet technique
• Connaitre les étapes d’une démarche de projet et les solutions techniques choisies
• Décrire le fonctionnement d’un objet technique de façon simple
• Connaitre les différentes sources d’énergie (fossiles et renouvelables)
• Identifier les différentes formes d’énergie (mécanique, thermique, électrique, chimique)
• Déterminer les transferts et les conversions d’énergie dans un objet technique

► Attendus
• Identifier les flux d’énergie et d’information dans un objet technique à partir de ses différents composants
• Connaitre les définitions des différentes fonctions du flux d’énergie (alimenter, distribuer, convertir et transmettre) et du flux d’information (acquérir, traiter et communiquer) d’un objet ou système technique
• Réaliser la chaine d’énergie et la chaine d’information d’un objet technique
1. SAVOIR
a. Définition
La nature des énergies utilisées pour le fonctionnement d’un objet technique (énergie thermique, mécanique, électrique, hydraulique, chimique, etc.) est le résultat de conversions d’énergies primaires issues de la nature (vent, soleil, pétrole, gaz, charbon, etc.).

Le fonctionnement d’un objet ou système technique permet de bien identifier les éléments qui les composent et de repérer :
  • sa chaine d’information (partie commande) qui assure trois fonctions : acquérir, traiter et communiquer.

    Fonctions du flux d'information Définition 
    Acquérir Recevoir les informations extérieures et les consignes des utilisateurs 
    Traiter Gérer les informations reçues des capteurs et les modifier dans le but de les transmettre 
    Communiquer Envoyer les informations à d'autres systèmes ou à l'utilisateur 

    De nombreux objets et systèmes techniques sont de nos jours automatiques (portail automatique, store automatique, etc.) et peuvent être programmés par un utilisateur.
  • sa chaine d’énergie (partie opérative) qui assure quatre fonctions : alimenter, distribuer, convertir et transmettre.

     Fonctions du flux d'énergie Définition 
    Alimenter Fournir l'énergie à l'objet technique 
    Distribuer Transmettre l'énergie
    Convertir  Transformer la forme de l'énergie
    Transmettre Diffuser l'énergie
b. Règles
La construction des chaines d’énergie et de la chaine d’information d’un objet technique suit des règles bien définies, avec notamment les deux règles principales suivantes :
  • le graphique se construit et se lit de gauche à droite à l’aide de blocs fonctionnels ;
  • les fonctions techniques doivent être décrites par un verbe à l'infinitif.
2. SAVOIR-FAIRE
► Identifier les flux et les conversions d’énergie dans un objet technique à partir de ses composants
Exemple : Les flux et conversions d’énergie d’une glacière solaire
Le fonctionnement d’une glacière solaire est le suivant :
  1. Un panneau solaire transforme le rayonnement solaire en énergie électrique.
  2. Cette énergie est ensuite stockée dans une batterie.
  3. La batterie alimente un module de Peltier (dispositif thermoélectrique) et un ventilateur.
  4. Le module de Peltier produit du froid à l’intérieur de la glacière et du chaud à l’extérieur.
Flux et conversions d’énergie mise en œuvre dans une glacière.


► Réaliser la chaine d’énergie d’un objet technique avec un graphique
La chaine d’énergie d’un objet technique est l’ensemble des fonctions techniques d’un objet qui permettent de fournir et de gérer l’énergie indispensable à son fonctionnement (alimenter, distribuer, convertir et transmettre cette énergie). Elle comporte les capteurs et les actionneurs de l'objet technique.

Exemple : Chaine d’énergie d’un store automatisé
Un store permet de créer de l’ombre. Pour une plus grande simplicité d'utilisation, notamment afin d'éviter une commande manuelle souvent fastidieuse, des mécanismes de commande motorisés et des systèmes automatiques de contrôle de stores existent et l'utilisation de ce type de système permet un confort extrême.

Les quatre principaux éléments d’un store automatique sont les suivantes :
  1. Le boitier d’alimentation fournit l’énergie électrique.
  2. L’interrupteur distribue l’énergie électrique.
  3. Le moteur convertit l’énergie électrique en énergie mécanique.
  4. Les engrenages réduisent ou inversent la vitesse du moteur pour monter ou descendre le store.
Chaine d’énergie d’un store automatisé.


► Identifier le flux d’information dans un objet technique à partir de ses composants
Exemple : Un portail automatique
  1. Le conducteur appuie sur la télécommande.
  2. Les ondes se propagent et sont captées par l’antenne du récepteur radio.
  3. Le système acquiert des informations.
  4. À partir de l’antenne du récepteur radio, le signal chemine par un câble jusqu’à un automate composé de plusieurs éléments et notamment d’un circuit programmé et d’une carte électronique.
  5. Le capteur acquiert des informations indiquant que le portail est fermé.
  6. L’automate traite toutes ces informations et déclenche le clignotement du feu pour communiquer à l’utilisateur que le portail va s’ouvrir.


► Identifier la forme de l’information des entrées et des sorties pour les composants d’un objet technique
Exemple :
Feu clignotant d’un portail automatique : forme de l'information.


► Réaliser la chaine d’information d’un objet technique avec un graphique
La chaine d’information d’un objet technique comprend différents éléments pour :
  • acquérir des informations et des données ;
  • les traiter en fonction de la programmation définie pour le système ;
  • communiquer des ordres à la chaine d’énergie.
Exemple : 

Chaine d’information d’un portail automatique.
3. À RETENIR - Glossaire
Énergie : Capacité d'un objet technique à réaliser des actions telle que chauffer (énergie thermique), éclairer (énergie rayonnante) ou encore réaliser un mouvement (énergie mécanique). Par exemple, un radiateur électrique produit de la chaleur (énergie thermique) à partir d'électricité.
Forme d’énergie : Type d’énergie tel que l'énergie solaire (qui provient du soleil), l'énergie éolienne (qui provient du vent), l'énergie thermique (qui provient de la chaleur).
Conversion d’énergie : Transformation d’une énergie en une autre.
Flux d’énergie : Déplacement d'énergie dans un objet technique.
Flux d’information : Déplacement d'information dans un objet technique.
Stockage d’énergie : Conservation de l’énergie en vue de la restituer.
Chaine d’énergie : Ensemble des fonctions techniques d’un objet technique qui permettent d’apporter et de gérer l’énergie nécessaire à son fonctionnement (alimenter, distribuer, convertir, transmettre).
Chaine d’information : Ensemble des fonctions techniques d’un objet technique qui permettent de gérer toutes les informations nécessaires à son fonctionnement (acquérir des informations et des données, les traiter et communiquer des ordres à la chaine d’énergie).
Bloc fonctionnel : Sous-ensemble qui associe une fonction technique et la solution qui permet de la réaliser.
Système automatique : Objet technique dont la chaine d’énergie est pilotée par la chaine d’informations et qui effectue un travail de façon autonome.
Système technique : Ensemble structuré de parties (électriques, thermiques, pneumatiques, mécaniques, optique) coordonnées pour répondre à un besoin.
Partie commande : Partie qui prend des décisions et qui donne des ordres à la partie opérative. Autre manière de nommer la chaine d'information d'un objet technique.
Partie opérative : Partie qui reçoit des ordres de la partie commande et qui les réalise. Autre manière de nommer la chaine d'énergie d'un objet technique.
Carte électronique : Circuit imprimé constitué de plusieurs composants, qui remplit une fonction lorsqu’il est branché.
Automate : Ensemble d'équipements mécaniques et électriques qui commande un système automatisé tel qu'un portail automatique.
Capteur : Instrument qui est utilisé pour acquérir des informations de nature analogique et qui permet de mesurer une grandeur physique.
Actionneur : Équipement qui produit un phénomène physique à partir de l’énergie qu’il reçoit. C’est le cas d’un moteur qui génère un mouvement à partir d’un courant électrique.
Programme : Suite ordonnée d’instructions et de commandes, écrites dans un langage donné, qui permet la réalisation de plusieurs tâches. Un programme représente la traduction informatique d’un algorithme dans le langage de programmation informatique choisi.
Source d'énergie renouvelable : Source d'énergie considérée inépuisable (par exemple le soleil ou le vent).
Source d'énergie non renouvelable : Source d'énergie qui s'épuise au fil du temps avec les besoins de l'Homme (par exemple le pétrole, le charbon ou l'uranium).
Énergie primaire : Forme d'énergie qui existe dans la nature avant toute conversion, telle que l'énergie solaire par exemple.
Énergie secondaire : Forme d'énergie qui provient de la conversion d'une énergie primaire, telle que l'énergie électrique par exemple.

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