Pilote automatique

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : La modélisation et la simulation des objets et systèmes techniques
Type : Exercice | Année : 2018 | Académie : France métropolitaine


France métropolitaine • Septembre 2018

technologie • 25 points

Pilote automatique

Lors d’une course à la voile, les vents et les courants marins ont un impact sur le comportement du bateau et sur sa trajectoire.

Pendant la course, le navigateur ne peut pas rester en permanence à la barre de son voilier, car il doit se déplacer pour effectuer des réglages de voilure en raison des variations des conditions météorologiques et climatiques. Il est donc nécessaire d’avoir un système automatisé qui dirige le bateau, sans l’action du skippeur sur la barre du gouvernail. Ce système est nommé « pilote automatique de bateau pour barre franche ».

L’étude porte sur l’efficacité du pilote automatique à garantir un cap malgré les perturbations météorologiques (vents, pluie, orages…) et climatiques (courants marins…) que subit le voilier.

document 1 Description du fonctionnement d’un pilote automatique simple

Sci3_1809_07_01C_01

Le skippeur indique le cap (direction) à suivre sur la console du pilote automatique. Le pilote automatique compare alors le cap souhaité avec la direction réelle du voilier.

Si la direction du voilier est différente du cap saisi sur la console, le vérin du pilote automatique tire ou pousse la barre du voilier. Ainsi le gouvernail oblige le bateau à changer de direction.

document 2 Caractéristiques techniques

Type de vérin

Intensité I en ampères

Tension U en volts

Masse maximale du bateau à déplacer en tonnes

Temps de déplacement de la tige du vérin en secondes

Vérin électrique

0,08

12

9

8

Vérin hydraulique

0,04

12

11

6,9

1. Un propriétaire de voilier souhaite équiper son voilier d’un pilote automatique pour participer à une course au large. Pour information, le voilier pèse 6,5 tonnes.

À l’aide de la formule P = U × I et des données du document 2, calculer la puissance électrique consommée par chaque vérin. Choisir le type de vérin ayant le moins d’impact sur la consommation de l’énergie électrique stockée sur le voilier et le meilleur temps de réponse. Argumenter la réponse.

document 3 Exemple de cycle de fonctionnement du pilote automatique

Le cycle décrit ci-après est un exemple de programme :

si la différence est comprise entre 0° et 10° alors la tige du vérin ne bouge pas ;

si la différence est comprise entre 10° et 25° alors la tige du vérin sort de 100 mm ;

si la différence est comprise entre 25° et 45° alors la tige du vérin sort de 200 mm ;

si la différence est supérieure à 45° alors la tige du vérin sort de 300 mm ;

si la différence est comprise entre 0° et –10° alors la tige du vérin ne bouge pas ;

si la différence est comprise entre –10° et –25° alors la tige du vérin rentre de 100 mm ;

si la différence est comprise entre –25° et –45° alors la tige du vérin rentre de 200 mm ;

si la différence est supérieure à –45° alors la tige du vérin rentre de 300 mm.

▶ 2. Les vents et les courants marins varient en direction et en force. Le voilier dérive donc de la trajectoire programmée et s’écarte de son cap.

La console de pilotage intègre un programme qui commande la sortie ou la rentrée de la tige du vérin en fonction de la dérive du bateau. La dérive est la différence entre le cap à suivre et la direction que prend le voilier. Elle se mesure en degrés d’angle.

À l’aide de la description d’un exemple de cycle de fonctionnement du pilote automatique dans le document 3, compléter la modélisation du programme sur le document ci-dessous.

Modélisation du programme de fonctionnement simplifié du pilote automatique

sci3_1809_07_01C_04

document 4 Tracé simplifié de la trajectoire du bateau

Sci3_1809_07_01C_02

document 5 Diagramme des blocs d’un pilote automatique perfectionné

sci3_1809_07_01C_03

▶ 3. Lorsque le voilier dérive de la trajectoire programmée pendant un temps long, il s’écarte trop de la position souhaitée ; ce qui provoque un retard dans la course.

Sur le document 4, tracer la trajectoire du bateau qui dérive sur une distance de 13 miles (1 mile = 1 852 mètres) avec une dérive vers l’est de 15°. Marquer par une croix la position atteinte par le bateau.

Mesurer l’écart entre la destination souhaitée et la position atteinte par le voilier et donner sa valeur en miles.

▶ 4. Afin de minimiser cet écart, les constructeurs ont conçu des pilotes automatiques plus perfectionnés, comme détaillés par le document 5.

À l’aide du document 5, nommer les capteurs mis en œuvre dans le pilote perfectionné et qui permettent au calculateur de prendre en compte les phénomènes météorologiques.

Argumenter la réponse.

Les clés du sujet

Analyser les documents

Le document 1 décrit le fonctionnement du pilote automatique.

Le document 2 est un tableau de caractéristiques techniques des vérins.

Le document 3 est l’algorithme du fonctionnement du pilote automatique.

Attention ! L’introduction du sujet est utile pour les questions 2 et 3.

Comprendre les questions

 1. Calcule les puissances consommées et identifie le vérin consommant le moins.

 2. Traduis l’algorithme en programme.

 3. Trace la route que suivra le bateau en utilisant le rapporteur du document.

 4. Identifie les capteurs qui acquièrent un phénomène météorologique.