France métropolitaine, juillet 2022 • Technologie
Sprint final
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France métropolitaine • Juillet 2022
Robot collecteur de déchets
Intérêt du sujet • Ce sujet permet d’aborder le diagramme des blocs internes d’un robot, puis de choisir un matériau en fonction de son impact environnemental.
De plus en plus de déchets flottent en mer, polluent les eaux et intoxiquent les animaux. La collecte de ces déchets, triés puis recyclés permet d’économiser les ressources naturelles non renouvelables (pétrole, aluminium…), de limiter les émissions de gaz à effet de serre, de préserver la faune et la flore subaquatiques. L’étude porte sur un robot collecteur de déchets se déplaçant de façon autonome sur l’eau.
▶ 1. Donner la fonction d’usage de ce robot. Citer trois éléments permettant d’expliquer l’importance de recycler les déchets collectés par ce robot. (4 points)
Document 1Principe de fonctionnement
Le déplacement du robot sur l’eau est assuré par deux hélices couplées chacune à un moteur électrique.
La consommation électrique des moteurs est proportionnelle à la quantité de déchets collectée. Le niveau de déchets collecté est estimé à l’aide d’un capteur qui effectue une mesure du courant consommé par les moteurs électriques. L’énergie électrique, nécessaire au fonctionnement du robot, est stockée au sein d’une batterie.
Un module de puissance distribue, sur ordre d’une interface programmable, l’énergie aux moteurs électriques.
Les flux d’information et de puissance sont gérés par l’interface programmable.
Un retour à la base est programmé dès lors que l’intensité lumineuse, détectée par le capteur de luminosité, est faible ou que le réservoir de déchets est plein.
▶ 2. À l’aide du document 1, compléter le diagramme des blocs internes en utilisant les termes suivants (6 points) :
interface programmable ;
capteur de mesure de courant ;
capteur de luminosité ;
batterie ;
moteurs électriques ;
hélices.
Document 2Algorithme du programme de gestion du retour à la base
*DEL : diode électroluminescente
▶ 3. À l’aide du document 2, compléter le programme de gestion « retour à la base ». (8 points)
Document 3Caractéristiques des matériaux
Remarque : Le volume de la pièce varie en fonction du matériau utilisé car l’épaisseur de la coque est différente pour obtenir un même niveau de résistance.
Pour limiter l’impact environnemental, la coque du robot est réalisée avec le matériau qui a la plus faible émission de gaz à effet de serre.
▶ 4. À l’aide du document 3, calculer la masse de chaque matériau puis la quantité d’émission de gaz à effet de serre. Déterminer alors le matériau à utiliser pour réaliser la coque du robot. Argumenter. (7 points)
Les clés du sujet
Question 1
Comprendre l’introduction
L’introduction explique le besoin auquel répond le système étudié.
Répondre à la question
Pose-toi la question « à quoi le robot sert-il ? ». Tu trouveras alors sa fonction d’usage. Essaie d’utiliser les mots du texte dans ta réponse.
Les trois éléments permettant d’expliquer l’importance de recycler les déchets collectés sont indiqués dans l’introduction. Barre-les au crayon au fur et à mesure que tu les écris dans ta réponse.
Question 2
Comprendre le document 1
Le document 1 explique le principe de fonctionnement du système.
Répondre à la question
Repère les liens entre les éléments extérieurs (intensité lumineuse, énergie, eau…) et les éléments du robot.
Repère l’élément central du système, c’est-à-dire celui qui fait le lien entre l’énergie et l’information.
Complète les blocs internes du diagramme en utilisant les termes de la question.
Question 3
Comprendre le document 2
Le document 2 est l’algorithme du programme de gestion de retour du robot à sa base.
Répondre à la question
Il s’agit de traduire l’algorithme du document 2 sous la forme d’un programme Scratch.
Dans l’algorithme, repère les éléments déjà complétés dans le programme Scratch.
Complète les cases du programme Scratch avec les informations manquantes.
Question 4
Comprendre le document 3
Le tableau du document 3 donne les caractéristiques de deux matériaux qui peuvent être utilisés dans la fabrication de la coque du robot.
Répondre à la question
Note les unités des différentes valeurs indiquées dans le tableau.
Détermine la masse des coques dans chacun des deux matériaux, en multipliant le volume de la pièce par la masse volumique. Puis détermine la masse de gaz à effet de serre qu’elles émettent. Choisis le matériau qui en émet le moins.
▶ 1. Le robot sert à collecter les déchets qui flottent en mer.
La collecte de ces déchets permet :
d’économiser les ressources naturelles non renouvelables (pétrole, aluminium…) ;
de limiter les émissions de gaz à effet de serre ;
de préserver la faune et la flore subaquatiques.
▶ 2.
▶ 3.
▶ 4.
conseil
Les valeurs des émissions de gaz à effet de serre sont données pour 1 kg de matière utilisée. N’oublie pas de convertir en kilogrammes les masses des coques que tu as calculées.
La fabrication de la coque en aluminium recyclé émet environ deux fois moins de gaz à effet de serre que la fabrication de la coque en fibre de carbone.
Pour limiter l’impact environnemental, on choisira donc de réaliser la coque du bateau avec de l’aluminium.