Bac STI2D Ingénierie, innovation et développement durable 2026 - Partie commune : Extension du centre hospitalier de Sens [Corrigé]

Partie 1 - Quelle trajectoire doit suivre l’hélicoptère pour limiter les nuisances sonores causées aux riverains ?

Question 1.1 - Justifier, en donnant un exemple pour chacun des piliers, que ce projet s’inscrit bien dans une démarche de développement durable.

Le développement durable repose sur 3 piliers : économique, social et environnemental. Ce projet s’engage effectivement sur chacun de ces 3 piliers :

-              Économie : choix de matériaux durables

-              Social : répondre à la demande en termes de soins

-              Environnement : tri des déchets sur le chantier de construction

Question 1.2 - Énoncer le besoin fondamental de ce projet, puis compléter le diagramme des cas d’utilisation en conséquence.

Le besoin fondamental de ce projet est l’accès aux soins, notamment la rapidité des transferts entre établissements hospitaliers.

 

Question 1.3 - Préciser la nuisance occasionnée par le fonctionnement d’une hélistation.

Une hélistation cause des nuisances sonores à cause de la circulation des hélicoptères.

Question 1.4 - Analyser les trois trajectoires de l’hélicoptère et choisir celle dont l’impact sonore sur l’environnement et les riverains est le plus faible, en justifiant le choix.

La trajectoire, c’est celle ayant le moins d’impact sonore pour la population. C’est celle pour laquelle le niveau sonore est le plus faible, mais elle évite également les zones les plus sensibles que sont les zones résidentielles, où les résidents auraient subi des nuisances nuit et jour, et les zones accueillant un public sensible (école et maison de retraite). La zone commerciale n’étant pas un espace habité, il semble plus pertinent de favoriser la trajectoire c.

Question 1.5 - Avec la trajectoire choisie, un niveau sonore de 65 dB pour les riverains a été relevé. Conclure sur les conséquences sur la santé et le bien-être des riverains.

Un niveau sonore de 65 dB correspond au niveau sonore observé entre un environnement de travail et un grand magasin ou une cantine. Cela pourrait causer de la fatigue aux riverains.

Partie 2 - Comment la sécurité des usagers de la plateforme de l’héliport est assurée tout en réduisant son impact énergétique ?

Question 2.1 - Indiquer les fonctions que doit remplir l’éclairage (les projecteurs et les balises) de la zone d’hélistation de l’hôpital de Sens.

L’éclairage doit permettre au pilote de bien voir la piste à l’envol et à l’atterrissage : les projecteurs permettent d’identifier tout élément dangereux qui pourrait être présent (obstacle, etc.) et  les balises d’identifier les différentes zones de la piste.

Question 2.2 - Calculer le périmètre de la zone d’hélistation en prenant pour rayon 9,8 m. En déduire le nombre minimum de balises qui devraient être installées pour respecter l’intervalle imposé par la norme.

Périmètre = 2 𝜋 𝑅 = 2 𝜋 × 9,8m ≈ 62 m.

L’intervalle imposé est de 3 mètres au maximum

Nombre de balises = 62m / 3 ≈ 21 balises minimum

Question 2.3 - Il y a 26 balises et 6 projecteurs installés sur la surface de l’hélistation. Conclure sur le respect de la norme.

S’il y a 26 balises, cela est au-dessus du minimum imposé et respecte donc la norme (en supposant qu’elles sont placées à intervalle régulier.

6 projecteurs correspondent aussi au minimum imposé. Les normes sont donc bien respectées.

Question 2.4 - Calculer l’énergie consommée en kWh sur un an par les balises et les projecteurs à 100 % de leur puissance pour 8 heures de fonctionnement par nuit en moyenne.

Puissance totale = nombre de balise x puissance balise + nombre de projecteurs x puissance projecteur = 26 x 10 + 6 x 45 = 530 W = 0,53 kW

Énergie consommée avec le système non piloté = 0,53 kW x 8 heures x 365 jours = 1547,6 kWh

Question 2.5 - Calculer l’énergie consommée en kWh sur un an par les balises et les projecteurs à 25 % de leur puissance pour 3 heures de fonctionnement en moyenne par nuit.

Énergie consommée avec le système non piloté = 0,53 kW x 0,25 x 3 heures x 365 jours = 145,09 kWh

Question 2.6 En déduire l’économie annuelle réalisée en contrôlant l’énergie consommée, avec un coût de 20 centimes d’euros par kWh.

La différence de consommation est de 1547,6 - 145,09  = 1402,51 kWh

L’économie financière annuelle est donc de 1402,51 x 0,20 = 280,50€

Question 2.7 Conclure en précisant en quoi les projecteurs et les balises jouent un rôle en matière de sécurité des usagers de la plateforme et de réduction de son impact énergétique.

Les projecteurs et les balises améliorent la visibilité, assurant la sécurité des usagers, et le système piloté permet une réduction de la consommation énergétique (plus de 10 fois moins !) par rapport au système classique.

Partie 3 - Comment identifier l’hélicoptère pour lui permettre d’accéder à l’hélistation en toute sécurité ?

Question 3.1 - En utilisant le codage FSK, décoder la trame en binaire et compléter le DR2

D’après DT6, on observe que les signaux rapprochés se codent en 0, et les signaux plus larges en 1. Sur l’annexe, il faut donc compléter : 00001001010100000101

Question 3.2 - Compléter le DR3 en plaçant les valeurs binaires des deux octets de cette trame dans le bon ordre.

Sur le DR2, la trame de 20 bits correspond à : Start + 8 bits + Stop + Start + 8 bits + Stop

On a donc :

Octet 1 : 01001000

Octet 2 : 01000001

Question 3.3 - Convertir ces deux octets en hexadécimal. En utilisant l’extrait de la table de conversion des caractères ASCII, rechercher les deux lettres manquantes du numéro d’identification de l’hélicoptère en approche. Compléter le DR4.

Octet 1 : 01001000 = 48 en hexadécimal

Octet 2 : 01000001 = 41 en hexadécimal

Les deux lettres manquantes sont donc 48 = H et 41 = A

L’immatriculation est alors F-HAGE.

Question 3.4 - En déduire si cet hélicoptère est bien autorisé à atterrir sur cette hélistation. Justifier votre réponse.

D’après DT5, on sait que seuls les aéronefs civils certifiés sont autorisés. Leur immatriculation commence par F-B, F-G ou F-H, ce qui est le cas du véhicule étudié. Cet hélicoptère est donc bien autorisé à atterrir.

Partie 4 - La batterie du système Hélilock est-elle suffisamment dimensionnée ?

Questions 4.1 à 4.3 - Identification de la chaine de puissance

 

 

Question 4.4 - Calculer la vitesse de rotation ω2 en rad∙s-1

On sait que 𝑣 = (𝑝 × 𝜔) ÷ (2 × 𝜋)

On cherche 𝜔2

On a donc 𝜔2 = 𝑣 × 2 × 𝜋 ÷ 𝑝 = 0,01 × 2 × 𝜋 ÷ 0,004 = 15,71 rad/s

Question 4.5 - Calculer la puissance P2 en W sachant que le couple C2 est égal à 7,3 N∙m.

P2 = C2 x 𝜔2 = 7,3 × 15,71 ≈ 115 W

Question 4.6 - Sachant que la puissance P3 = 40 W, montrer que le rendement η3 est égal à 0,35.

η3= 𝑃3 ÷ 𝑃2 = 40 ÷ 115 ≈ 0,35 

Question 4.7 - Calculer le rendement global η.

η = η1 x η2 x η3 = 0.95 × 0.9 × 0.35 = 0,26 ≈ 0,3

Question 4.8 - Calculer l’énergie E20cycles en Wh nécessaire au système pour réaliser 20 cycles sans recharge.

E = 20 cycles x 60 Wh = 1200 Wh

Question 4.9 - Déterminer le nombre minimal de batteries pour 20 cycles et conclure sur le dimensionnement du système.

Énergie absorbée = Énergie utile / η = 1200 / 0,3 = 4000 Wh

Le nombre minimal de batteries sera donc de 4000 / 960 ≈ 4,17, soit 5 batteries

Le système comporte 6 batteries, soit une de plus que le minimum nécessaire : il est donc autonome, voire légèrement surdimensionné.

• Grand oral filière STI2D