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SCIENCES DE L'INGENIEURPPrreemmiièèrreeaannnnééeedduuccyycclleeddeeBBaaccccaallaauurrééaattSciences et Technologies Électriques(STÉ)LES AUTEURSEL MIMOUNI EL HASSANInspecteur de Génie ElectriqueHANAFI AHMEDProfesseur d'ElectroniqueLAJOUAD RACHIDProfesseur agrégé de Génie ElectriqueRMICHA ABDELHAYProfesseur de Construction MécaniqueJEMILY ABDELGHANIProfesseur de Fabrication mécaniqueERRAHOUTI ALIProfesseur d'ElectroniqueMOUJIBI KAMALProfesseur de Construction MécaniqueCher lecteur,Comme pour les autres matières d'enseignement, le ministère de l'éducationnationale, de l'enseignement supérieur, de la formation des cadres et de larecherche scientifique a organisé un concours pour le manuel scolairedes "Sciencesde l'ingénieur»de la 1ere STE.Ce projet d'ouvrage, est le résultat de la participation à ce concours dont lenombre de candidats était de 2.

Mais malheureusement, aucun de ces 2 candidats n'aréussi.Alors dans l'absencepresquesûre d'un manuel pour nos élèves de la 1ere STEpour la rentrée 2006/2007, nous avons jugé bon de diffuser notre travail dans le butet le souhait que nos professeurs et nos élèves en tirent profit.Nous notons que :La dernière révision de notre travail était celle que nous avons faiteavant l'envoi denotre travailau jury(22/05/2006);Le nombre de pagesfixé par le concoursqui est de 216, nous avraiment gêné, car d'après notre modeste expérience, un tel ouvrageen exige au moins 250 ;Si vous jugez bon de nous faire une de vos précieuses remarques, n'hésitezpas à le faire, car elle contribuera à corriger une éventuelle erreur, améliorer unepartie, encourager les auteurs, etc.Enfindans l'attente d'un manuel officiel, nous espérons que cette versionélectronique de ce manuel vous sera utile etvous poussera à chercher plus, carcomme on l'a déjà signalé, les 216 pages imposées par le cahier des charges duconcours nous ont contraints de faire des choixLe 23/07/2006e-mail(coordonnateurs de l'équipe pédagogique):el.mimouni@caramail.comahmed_hanafi@menara.maAVANT-PROPOSDans notre environnement quotidien, on utilise de plus en plus des systèmes dont la complexité exige unedémarche d'étude structurée fondée sur la théorie des systèmes.

Pour aborder de tels systèmes, il faut :Un minimumde connaissances ou une culture technologique de base, en tantqu'utilisateur ;Et des compétences pluridisciplinaires impliquant une compréhension approfondie desprincipes scientifiques et techniques sous-jacents, en tant que concepteur-réalisateur.L'enseignement des Sciences de l'ingénieur apporte alors les concepts élémentaires pour aborder lessystèmes.

Il permet de :Faire découvrir à l'élève les constituants des divers champs technologiques pour l'aider àmieux affirmer son projet personnel ;Développer chez l'élève les compétences de raisonnement, de communication,d'expression, d'organisation de travail et de recherche méthodique ;Développer chez l'élève les capacités d'auto apprentissage.L'enseignement des Sciences de l'ingénieur privilégiel'acquisition de connaissances globales par approcheinductive et en promouvant l'utilisation des nouvelles technologies informatiques.

Il se base sur des produits-support qui peuvent être aussi bien de l'environnement quotidien de l'élève que de l'environnement industriel.Le produit-support met en évidence principalement :Une approche fonctionnelle répondant à la question "A quoi sert le produit ?" ;Une approche technologique répondant à la question "Comment est construit le produit ?" ;Une approchephysique répondant à la question "Comment le produit se comporte-t-il ?".Ces différentes approchent se conjuguent très bien avec la démarche de projet qui est fortement conseilléepour la qualité d'enseignement qu'elle procure en favorisant l'autonomie,la recherche, le travail en équipe, lacommunication, etc.La structure de cet ouvrage est le reflet de cet aspect pluridisciplinaire qu'offre cet enseignement.

Il estconforme aux directives et programmes officiels.

Il est axé principalement sur 4 unités:Unité 1: Relative à la chaîne d'énergie, elle traite des fonctions alimenter,distribuer et convertir ;Unité 2: Relative à la chaîne d'information, elle traite des fonctions acquérir,traiter et communiquer ;Unité 3: Relative à la chaîne d'énergie, elle traite de la fonction transmettre ;Unité 4: Projet encadré traitant de l'analyse fonctionnelle, logiciels de CAO etdirectives pour la gestion d'un projet.Pédagogiquement, ces 3 unités constituent les centres d'intérêt cognitifs et méthodologies qui :organise et structure les problèmes à résoudre pour l'acquisition des connaissances ;détermine les activités proposées possibles à proposer aux élèves.LES AUTEURS4COMMENT UTILISER CE MANUEL?Quatre unitésUnité ADCqui décrit les fonctionsAlimenter,Distribuer etConvertir de la chaîne énergie d'unsystèmeUnité ATCqui décrit les fonctionsAcquérir,Traiter etCommuniquer de la chaîned'information d'un systèmeUnité Tqui décrit la fonctionTransmettre de lachaîne d'énergieUnité Projetqui décrit l'analyse fonctionnelle,les logiciels de CAO et les directives pour projet.Index(pages215-216)Sommaire(page3)Organisation de l'ouvrageOrganisation d'une unitéPrésentation avec les prérequis(première page)Présentation de la fonction avec lescompétences visées et les chapitres inclus(deuxième page)Développement de chaque chapitreconformément au programme(plusieurs pages)Exercices résolus,exercices non résolus(1ou2pages)5SOMMAIREU N I T E A D CFONCTION ALIMENTERCHAPITRE 1: L'ENERGIE ELECTRIQUE 111.

TOPOLOGIE DU RESEAU ELECTRIQUE 112. TYPES DE CENTRALE 123. LES SOURCES AUTONOMES 15CHAPITRE 2: LES GRANDEURS ELECTRIQUES .171. GRANDEURS CARACTERISTIQUES MISES EN JEU 172. ALIMENTATION CONTINUE STABILISEE 20CHAPITRE 3: SECURITE DES BIENSET DES PERSONNES 241. EFFETS PHYSIOLOGIQUES DU COURANT ELECTRIQUE 242. TENSION LIMITE DESECURITE 253. CONTACT DIRECT ETINDIRECT ET PROTECTION ASSOCIEE 25CHAPITRE 4: L' ENERGIE PNEUMATIQUE .271. CONSTITUTION D'UNE INSTALLATION PNEUMATIQUE 272. PRODUCTION DE L'ENERGIE PNEUMATIQUE 273. PRINCIPES PHYSIQUES 28FONCTION DISTRIBUERCHAPITRE 1: LES PREACTIONNEURSELECTRIQUES 301. LE RELAIS .302. LE CONTACTEUR 323. LE SECTIONNEUR 334. LES FUSIBLES 345. LERELAIS THERMIQUE 34CHAPITRE 2: HACHEUR SERIE / VARIATEUR DE VITESSE INDUSTRIEL 371. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .372.

VARIATEURS INDUSTRIELS POUR MOTEUR ACOURANT CONTINU 39CHAPITRE 3: LES PREACTIONNEURSPNEUMATIQUES 411.

FONCTION .412. CONSTITUANTS D'UN DISTRIBUTEUR .413. LES PRINCIPAUX DISTRIBUTEURS PNEUMATIQUES .414. LES DISPOSITIFSDE COMMANDE 425.

APPLICATION: PRESSE PNEUMATIQUE 43FONCTION CONVERTIRCHAPITRE 1: CONVERTISSEUR ELECTROMECANIQUE 461.

ORGANISATION DE LA MACHINE .462. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .463. MODELE ELECTRIQUESIMPLE DU MOTEUR ACOURANT CONTINU 484. DEMARRAGE DU MOTEUR A COURANT CONTINU 485. BILAN DES PUISSANCE 496. REVERSIBILITE DELA MACHINE A COURANTCONTINU 497. ALIMENTATION DU MOTEUR 508. FONCTIONNEMENT A VITESSE VARIABLE .50CHAPITRE 2: LES ACTIONNEURS PNEUMATIQUES 521. LES VERINS 522. LE GENERATEUR DEVIDEOU VENTURI 54CHAPITRE 3: AUTRES TYPES DE CONVERSION 561. CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE LUMINEUSE 562. CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE/ ENERGIE THERMIQUE 573.

CONVERSION ENERGIE ELECTRIQUE / ENERGIE CHIMIQUE .576SOMMAIREU N I T E A T CFONCTION ACQUERIRCHAPITRE 1: LES CAPTEURS 611.

DEFINITION 612. NATURE DE L'INFORMATION FOURNIE PAR UN CAPTEUR 613. CARATERISTIQUES D'UN CAPTEUR 624. CAPTEURS LOGIQUES(TOUT OU RIEN: TOR) .625. CAPTEURS NUMERIQUES 66CHAPITRE 2: CONDITIONNEMENT DUSIGNAL 691. INTRODUCTION 692. MISE EN FORME PARCOMPARATEUR À UN SEUIL 71CHAPITRE 3: INTERFACE EN ENTREE 741. INTERFACE HOMME/MACHINE (IHM) .742.

ISOLATION GALVANIQUE .75FONCTION TRAITERCHAPITRE 1: REPRESENTATION ETCODAGE DE L'INFORMATION BINAIRE .781.

LES SYSTEMES DE NUMERATION .782. CODAGE DE L'INFORMATION BINAIRE 793. NOTIONS D'ARITHMETIQUE BINAIRE .81CHAPITRE 2: FONCTIONS COMBINATOIRES DE BASE 831. OPERATIONS BOOLEENNES ELEMENTAIRES 832. AUTRES OPERATIONS 853. REPRESENTATION DES FONCTIONS LOGIQUES 87CHAPITRE 3: SIMPLIFICATION DESFONCTIONS LOGIQUES 891. METHODE ALGEBRIQUE .892. METHODE GRAPHIQUE 89CHAPITRE 4: FONCTIONS COMBINATOIRES AVANCEES 921. LES DECODEURS 922. LE MULTIPLEXEUR 943. LE DEMULTIPLEXEUR 954. L'ADDITIONNEUR 965. LE COMPARATEUR .100CHAPITRE 5: NOTION DE MEMOIRE 1021. CIRCUIT MEMOIRE EN TECHNOLOGIE ELECTRIQUE .1022. CIRCUIT MEMOIRE EN TECHNOLOGIE ELECTRONIQUE 102CHAPITRE 6: FONCTIONS SEQUENTIELLES 1041. LES BASCULES 1042. LES COMPTEURS 1073. LES REGISTRES 1104. LES MEMOIRES 112CHAPITRE 7: FAMILLES LOGIQUESTTL ET CMOS 1171. NOTION DE FAMILLEDE CIRCUIT LOGIQUE 1172. LES VARIANTES TECHNOLOGIQUES DES FAMILLES LOGIQUES TTL ETCMOS 1173. LA STRUCTURE DE BASE DES FAMILLES LOGIQUES TTL ET CMOS 1184. LES PARAMETRES ELECTRIQUES DES CIRCUITS LOGIQUES .1185. LES PERFORMANCESDYNAMIQUES DES CIRCUITS LOGIQUES 1196. PERFORMANCES COMPAREES DES DIFFERENTES FAMILLES TTL ET CMOS 1207. LES DIFFERENTS ETAGES DE SORTIE 1208.

INTERFACAGE DES CIRCUITS LOGIQUES .1217SOMMAIRECHAPITRE 8: TEMPORISATEURS A BASE DE CIRCUITS INTEGREES 1231.

LE CIRCUIT DE BASE : LE CIRCUIT RC 1232. PRINCIPE DE BASE .1243. LE TEMPORISATEURNE555 1244. MODES DE FONCTIONNEMENT DU NE555 124CHAPITRE 9: CIRCUITS LOGIQUESPROGRAMMABLES 1271. PRINCIPES ET TECHNIQUES DE BASE 1272. LA CLASSIFICATIONDES PLD .1283. LES PAL (PROGRAMMABLE ARRAY LOGIC) 1284. LES GAL (GENERICARRAY LOGIC) 1295. PROGRAMMATION DESPLD 129CHAPITRE 10: LE GRAFCET 1321. TYPES DE GRAFCET 1322. ELEMENTS DE BASE 1343. LES REGLES D'EVOLUTION D'UN GRAFCET 1344. STRUCTURES DE BASE D'UN GRAFCET 135CHAPITRE 11: AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL 1391. LOGIQUE CABLEE 1392. AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL 140FONCTION COMMUNIQUERCHAPITRE 1: INTERFACE EN SORTIE 1481. INTERFACE HOMME/MACHINE (IHM) 1482. ISOLATION GALVANIQUE 149CHAPITRE 2:LIAISON PARALLELE ETLIAISON SERIE 1511. LIAISON PARALLELE 1512. LIAISON SERIE 1513. NORME RS232 1524. NORME RS485 153U N I T E TCHAPITRE 1: GENRALITES SUR LEDESSIN TECHNIQUE 1571. PRINCIPAUX TYPESDE DESSINS INDUSTRIELS 1572. FORMATS .1573. ELEMENTS PERMANENTS 1584. L'ECHELLE 1585. LE CARTOUCHE 1586. NOMENCLATURE 1597. ECRITURE 1598. LES TRAITS 159CHAPITRE 2: TRACES GEOMETRIQUES-INTERSECTIONS 1601. TRACES GEOEMETRIQUES 1602. INERSECTIONS 161CHAPITRE 3: REPRESENTATION GEOMETRIQUE DES PIECES 1621. PERSPECTIVE CAVALIERE 1622. PROJECTIONS ET VUES 1623. COUPES SIMPLES-HACHURES 1644. SECTION 1655. NOTIONS SUR LE FILETAGE 166CHAPITRE 4: EXECUTION GRAPHIQUE DE LA COTATION 1681. ROLES 1682. EXECUTION GRAPHIQUE DE LA COTATION 1688SOMMAIRECHAPITRE 5: REPRESENTATION VOLUMIQUE 1701. MODELEUR VOLUMIQUE .1702. CREATION DES VOLUMES ELEMENTAIRES 1713. CREATION D'UNE PIECE SIMPLE .1714. CREATION D'UN ASSEMBLAGE SIMPLE 172CHAPITRE 6: TOLERANCES ET AJUSTEMENTS .1741. TOLERANCESDIMENTIONNELLES 1742. AJUSTEMENTS 1743. TOLERANCES GEOMETRIQUES 175CHAPITRE 7: COTATION FONCTIONNELLE 1771. DEFINITIONS .1772. METHODE POUR TRACER UNE CHAINE DE COTES 178CHAPITRE 8: LES MATERIAUX 1791. NOTIONS GENERALES 1792. DESIGNATION DES MATERIAUX .1803. MISE ENUVRE DESMATERIAUX 181CHAPITRE 9: LIAISONS ET SCHEMATISATION 1841. NOTION DE FONCTIONS MECANIQUES 1842. FONCTION LIAISON 1843. SCHEMATISATION .186CHAPITRE 10: LIAISONS ENCASTREMENTS 1881.DEFINITION 1882. MOYENS D'ASSEMBLAGE DEMONTABLES .1883.

MOYENS D'ASSEMBLAGE NON DEMONTABLES(PERMANENTS) .190CHAPITRE 11: LUBRIFICATION-ETANCHEITE .1921.

LUBRIFICATION 1922. ETANCHEITE 193CHAPITRE 12: FONCTION GUIDAGE 1951. GUIDAGE EN ROTATION .1952.

GUIDAGE EN TRANSLATION 196U N I T E P R O J E T E N C A D R ECHAPITRE 1: ANALYSE FONCTIONNELLE 1991.

ANALYSE FONCTIONNELLE EXTERNE 1992-ANALYSE FONCTIONNELLE INTERNE 2023-STRUCTURE FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME 205CHAPITRE 2: CONCEPTION ASSISTEE PAR ORDINATEUR (CAO) .210CHAPITRE 3: PROJET ENCADRE-DIRECTIVES .2111.

DIRECTIVES 2112. EXEMPLES DE PROPOSITIONS DE PE .2123.

EXEMPLES DE SYSTEMES .213BIBLIOGRAPHIE 215INDEX 216UNITE ADC9UNITÉ ADCAlimenter-Distribuer-ConvertirP R E R E Q U I SConnaissances générales acquisesdans l'enseignement Tronc Commun.Concepts d'analyse fonctionnelle:Système;Fonction globale et fonctions de services;Fonctions techniques, FAST, SADT, etc.P R É S E N T A T I O NPour agir sur la matière d'uvre, un système automatisé a besoin d'énergie, qui subirade nombreux traitements pour être adaptés à la nature de l'action sur la matière d'uvre.L'unité ADC traite donc de ces aspects quipeuvent être modélisés par les fonctionsgénériques, c'est à dire qui s'appliquent sur la plupart des systèmes ; il s'agit des fonctions :Alimenter ;Distribuer ;Convertir ;Grandeursphysiques àmesurerU n i t é A DCÉnergiesd'entréeACQUERIRTRAITERCOMMUNIQUERAGIRChaîne d'informationInformationsdestinées àd'autressystèmes et auxinterfaces H/MOrdresInformationsissuesd'autressystèmes etd'Interfaces H/MALIMENTERDISTRIBUERCONVERTIRTRANSMETTREMatière d'uvreen entréeMatière d'uvre ensortieChaîne d'énergieFONCTIONAlimenter10En général, les systèmes automatisés mettent enuvre plusieurs types d'énergie.

Lesénergies principalement exploitées sont l'énergie électrique et l'énergie mécanique sousleurs différentes formes.

On note en particulier:La source d'énergie électrique, qui grâce à la souplesse de ses méthodes degénération et de transport, demeure une richesse inégalée.

Il n'est passurprenant donc de remarquer que l'alimentation en énergie électrique estlargement adoptée aussi bien en milieu industriel qu'en milieu domestique;La source d'énergie pneumatique qui est aussi largement présente dans lessystèmes industriels.

Cette énergie est dans la plupart des cas générée à partirde l'énergie électrique.La position de la fonction Alimentation en énergie dans une chaîne d'énergie, ainsi que safonction globale sont représentées par la figure suivante:EnergieSource d'alimentationEnergieElectriqueRéseau électrique, piles, etc.ElectriqueElectriqueCompresseurPneumatiqueUNITE ADCFONCTIONA L I M E N T E RPRESENTATIONCOMPETENCES ATTENDUESA partir de tout ou partie d'un produit support avec son cahier des charges et son dossiertechnique :Identifier lesconstituantsdu réseau d'alimentationExprimer lescaractéristiquesdes constituants du réseau d'alimentationCHAPITRES INCLUS DANS LA FONCTION ALIMENTERAlimentation électriqueGrandeurs électriques caractéristiquesSécurité des biens et des personnesAlimentation pneumatiqueALIMENTERDISTRIBUERCONVERTIRUNITE ADCTRANSMETTREAGIRMatièred'uvre enentréeMatièred'uvre ensortieÉnergied'entréeAlimenteren énergieCHAÎNE D'ÉNERGIEEnergied'entréeEnergiede sortieChapitre 1L'énergie électrique11CHAPITRE 1L'ENERGIE ELECTRIQUEINTRODUCTION :L'énergie électrique provient d'une transformation d'énergie mécanique, magnétique, chimique oulumineuse.

Cette source d'énergie peut se présenter sous forme d'une source de tension continue oualternative.

L'unité d'une tension électrique est le Volt (V).1.

TOPOLOGIE DU RESEAU ELECTRIQUE:Le système électrique comprend des sites de production (centrales nucléaires, thermiques,hydrauliques, ou production décentralisée : éoliennes, petite hydraulique, cogénération, etc.), et deslieux de consommation (communes, entreprises, etc.), reliés par le réseau électrique (transport etdistribution).

Ce dernier a pour rôle d'acheminer l'énergie vers les lieux de consommation, avec desétapes d'élévation et de baisse du niveau de tension dans des postes de transformation.

La tension à lasortie des grandes centrales est portée à 400 000 volts pour limiter les pertes d'énergie sous forme dechaleur dans les câbles; ce sont les pertes par " effet Joule ».Ensuite, la tension est progressivement réduite au plus près de la consommation, pour arriver auxdifférents niveaux de tension auxquels sont raccordés les consommateurs (400 000 volts, 225 000 volts, 90000 volts, 63 000 volts, 20000 volts, 400 volts ou 230 volts suivant leurs besoins en puissance).L'ONE(Office National d'Electricité) assure cette fourniture par l'exploitation directe d'unités deproduction ainsi que par les ouvrages qu'il a confiés à des opérateurs privés dans le cadre de contrats deproduction concessionnel.En terme de production leréseau national a pour mission de :assurer une gestion optimale du parc de production ;veiller à la satisfaction de la demande en énergie électriqueexprimée par le DispatchingNational,et ceci dans les meilleures conditions de sécurité, de rendement, de disponibilité et de coût.Le parc national de production est composé de moyens de production thermique, hydraulique etéolienne.FONCTIONAlimenter12A la fin 2005, ce parc se compose comme suit :Puissance installée en MW26 usines hydrauliques1 265Station Pompage et turbinage d'Afourer*4645 centrales thermiques vapeur2 385charbon1785Fioul6006 centrales turbines à gaz615Cycle combiné de TAHADDART400Thermique diesel69Total Thermique3 469Eolien (dont 50 MW de la CED*)53,9Total ONE5 252* région d'errachidia.** Comité européenne de distribution.NOTA:Le Watt (W) est l'unité de la puissance.

Une source de puissance 1kW peut alimenter, en mêmetemps, dix ampoules de 100W chacune.Le graphique suivantreprésente lasatisfaction en énergie électriqueduclient marocain.

Une part de cetteconsommation est assurée par lescentrales de production hydraulique, uneautre par les centrales de productionthermique, une autre par les techniquesnouvelles (éoliens, solaires, etc.) ; lereste de la demande est importé del'Union Européen.2.

TYPES DECENTRALE:2.1. Définitions générales:2.1.1.

Turbine:C'est un moteur rotatif qui convertit l'énergie d'un courantd'eau, de vapeur ou de gaz en énergiemécanique.

Dans le domaine de la production on peut donner à titre d'exemple:Turbine peltonTurbine à vapeurChapitre 1L'énergie électrique132.1.2. alternateur:C'est l'organe qui transforme l'énergie de la rotation en une énergie électrique:L'alternateur fournit une ligne trifilaire(signal triphasé) dont les tensions sont dessinusoïdes déphasées de 120° et dont lavaleur efficace est de 20kV.La fréquence des tensions est de 50Hz ;cette fréquence (f) estfixée par la vitessede rotation de la turbine (n) et le nombredes pôles (P) de l'alternateur selon larelation:f = p x n.Avec:f en Hz (Hertz)n en trs/s (tours/seconde)Exemple:n=1500tr/min et p= 2 donc f = 50Hz.V1(t) = V.2.sin(2ft)V2(t) = V.2.sin(2f t-2/3)V3(t) = V.2.sin(2f t-4/3)Avec V = 20kV2.2.

Energie d'origine hydraulique:Dans ce type de centrale la puissance de l'eau (énergie potentielle) est exploitée pour entraînerdesturbines couplées à des alternateurs.

On distingue:Les centrales de haute chute: La hauteur de chute est supérieure à 200m.Les centrales de moyenne chute: La hauteur de chute est comprise entre 30m et 200m.Les centrales de basse chute: La hauteur de chute est inférieure à 30m.FONCTIONAlimenter14Les usines de pompage/turbina