Analyse fonctionnelle

Analyse fonctionnelle
S si
I. Définition
L'analyse fonctionnelle du besoin s’utilise lors de la
création, de l'analyse ou de l’amélioration d'un produit. Elle
sert de base à l’établissement du Cahier des Charges
Fonctionnel (CdCF) et commence par une observation
externe du produit.
SYNTHESE
Matière d’œuvre :
élément sur lequel
agit le système. La
matière d’œuvre
peut être de la
matière, de
l’énergie ou des
informations.
Données de contrôles
W
Matière d’œuvre
Etat entrant
C
E
FONCTION
GLOBALE
R
Matière d’œuvre
Etat sortant
Processeur
II. Cahier des charges fonctionnel (CDCF)
Le cahier des charges fonctionnel (CDCF) est un document
formulant le besoin, au moyen de fonctions détaillant les services
rendus par le produit et les contraintes auxquelles il est soumis.
III. Diagramme « bête à cornes »
Il permet de
définir la raison
d’être du produit.
Données de
contrôle ou contraintes d’activités. Ce sont les paramètres qui
déclenchent ou modifient la réalisation de la fonction. Ils sont de 4
types :
- données de contrôle énergétiques (W) ;
- données de contrôle d’exploitation (E) ;
- données de contrôle de configuration (C) ;
- données de contrôle de réglage (R).
Des zooms successifs sur les différentes « boites » permettent
d’analyser le système.
IV. Diagramme pieuvre (ou des interacteurs)
Il permet de définir les relations entre le produit et son
environnement.
FP : Fonction Principale. Justifie la création du produit
FC : Fonction Contrainte. Ce sont des contraintes imposées par
l’environnement au produit.
VI. FAST (Functional Analysis System
Technique)
La méthode FAST permet à partir d’une Fonction Principale ou
d’une Fonction Contrainte de faire une décomposition en Fonctions
Techniques pour aboutir aux solutions technologiques. Chaque
solution technologique est réalisée à partir de composants (ou de
pièces).
V. Actigramme SADT (Structured Analysis and
Design Technic)
Il permet de modéliser la fonction d’un système ainsi que les
éléments environnants en interaction avec le système.
Ce diagramme peut se lire de la fonction vers la solution : c’est le
« comment »
Mais aussi de la solution vers la fonction : c’est le « pourquoi »
Chaînes fonctionnelles
S si
SYNTHESE
Informations à
d’autres systèmes et
aux interfaces
homme/machine
I. La fonction « acquérir »
Pour acquérir des informations issues du système
ou de son environnement, on utilise des capteurs
(de présence, de température, de contact, d’intensité
lumineuse,…).
Pour acquérir des informations issues de l’opérateur, on
utilise des claviers, boutons poussoirs, boutons tournant,
écrans tactiles,…
mécanique : engrenages, système vis-écrou,
système poulie courroies, système pignon
crémaillère, …
Mécanismes agissant sur la matière d’œuvre :
ventouses, pinces, tapis roulant, poussoirs, lames,…
V. La fonction « alimenter », « distribuer »,
« convertir »
Réseau
ALIMENTER
II. La fonction « traiter »
Pour réaliser la fonction « traiter », on peut utiliser une
technologie de type :
câblé : Ce type de traitement est figé et, en
conséquence, réservé aux systèmes simples ou liés à la
sécurité. Il est réalisé par des circuits électriques
câblés ou des cartes électroniques.
Sectionneur
porte-fusibles
ISOLER - PROTEGER
Contacteur
DISTRIBUER
programmé : Ce type de traitement, réalisé par un
programme, permet des adaptations et des
évolutions par programmation. Il est réalisé par des
modules logiques programmables, des automates
programmables (API), des ordinateurs,…
Relais thermique
PROTEGER
III. La fonction « communiquer »
Le système communique avec l’utilisateur par l’intermédiaire de voyants,
écrans, diodes, afficheurs,…
La chaîne d’information communique avec la chaîne
d’énergie en lui donnant des « ordres ».
Le système peut communiquer avec d’autres appareils ce
qui permet de la télésurveillance, du télédiagnostic et de la
télémaintenance.
IV. La fonction « transmettre » et « agir »
Les fonctions TRANSMETTRE et AGIR sont
généralement réalisées par des mécanismes. Ils sont
constitués de pièces reliées entre elles par des liaisons
mécaniques. Ces mécanismes permettent de
transmettre l’énergie reçue et agissent directement sur
la matière d’œuvre.
Mécanismes permettant de transmettre de l’énergie
M
Moteur électrique triphasé
CONVERTIR
M
Les liaisons mécaniques
S si
SYNTHESE
I. Définition
III. Degrés de liberté
Dans un mécanisme, quand une pièce est en contact avec une autre, il
y a entre ces deux pièces une liaison mécanique.
II. Caractéristique des contacts entre solides
On peut distinguer 3 types de contacts entre solides :
o contact
Plan
Cylindre
Sphère
Sphère
ponctuel
o contact
linéaire (la
ligne n’est pas
Cylindre
forcément une
droite)
o contact
surfacique
Plan
Dans ce cas
les surfaces de
contact sont le
plus souvent : planes / cylindriques / sphériques / hélicoïdales /
coniques.
La liaison entre 2 pièces se caractérise par le nombre de mobilités
que peut avoir l’une des pièces par rapport à l’autre. Ces mobilités (ou
mouvements autorisés) sont appelés degrés de liberté.
Ces degrés de liberté correspondent aux mouvements élémentaires et
sont au nombre de 6 :
- 3 translations Tx Ty Tz
- 3 rotations Rx Ry Rz
La nature d’une liaison
mécanique dépend donc de la
géométrie du contact (ponctuel,
linéaire, surfacique) ainsi que du
nombre et de la position relative
de ces contacts.
0 mobilité
3 mobilités
Liaison
encastrement
T
R
Liaison rotule
y
X 0
0
Y 0
0
y
0
A
Z 0
x
A
T
R
0
RX
A
X
Y
Z
x
x
0
0
0
Liaison appuiplan de normale
y
y
z
A
A
y
0
y
T
xz
A
A
x
A
X TX
0
Y
0
0
Z
y
y
0
0
T
R
X
TX
RX*
Y
0
0
Z
0
0
x
A
A
y
x
A
Rx = Tx.2π/p
p=pas
2 mobilités
y
x
y
y
x
A
RY
Z
0
RZ
T
R
X
TX
0
Y
0
RY
Z
TZ
0
T
R
X
TX
RX
Y
0
RY
Z
0
RZ
T
R
X
TX
RX
Y
0
RY
Z
TZ
0
T
R
X
TX
RX
Y
0
RY
Z
TZ
RZ
4 mobilités
Liaison sphère
cylindre (linéaire
annulaire) d’axe
x
y
x
y
A
A
T
R
X
TX
RX
Y
0
0
Z
0
0
A
x
Liaison cylindre
plan (linéaire
rectiligne), de
normale y et
d’axe x
y
y
x
A
A
y
A
A
x
RX
Y 0
R
y
Liaison
hélicoïdale d’axe
x
X 0
z
y
y
Liaison pivot
glissant d’axe x
x
A
x
R
y
A
Liaison glissière
d’axe x
T
x
z
1 mobilité
Liaison pivot
d’axe x
y
A
z
A
x
5 mobilités
Liaison rotule à
doigt
T
R
X 0
0
Y 0
Z 0
Liaison sphère
plan (ponctuelle)
de normale y
y
z
RY
RZ
y
y
A
y
A x
A
y
Les liaisons mécaniques
S si
SYNTHESE
Le dessin technique
S si
SYNTHESE
En norme Européenne :
I. Le format des supports
la vue de droite est à gauche,
la vue de gauche est à droite,
la vue de dessus est en dessous
la vue de dessous est au-dessus
Les dimensions des supports (feuilles, calques) pour le dessin industriel
sont normalisées
IV. Les types de traits
Les formats se déduisent les uns des autres à partie du format A0, de
surface 1m2, en subdivisant chaque fois par moitié le coté le plus grand.
V. Les hachures
II. Les différents types de dessins
Le dessin
d’ensemble
représente tout le
mécanisme.
Chaque pièce,
repérée par un
numéro, est définie
dans la
nomenclature.
VI. Les coupes
Le dessin de
définition définit
complètement
chaque pièce du
mécanisme. Ce
dessin sert à la
fabrication de la
pièce. Il y a toutes
les cotes de la
pièce et toutes les
indications pour les
usinages.
III. La disposition des vues
Pièce non coupée
Plan de coupe
Flèches
indiquant le
sens de la
lecture
Plan de
coupe :
Trait mixte fin
gras aux
extrémités
Morceau conservé
Hachures
Lettres indiquant
le plan de coupe
VII. Les sections
Contrairement à une coupe (pour laquelle on dessine une demi-pièce),
on ne dessine que les éléments situés dans le plan de la coupe. Il n’y a
donc pas de pointillés.
Les éléments filetés
S si
SYNTHESE
I. Les vis d’assemblage
Les vis d’assemblage permettent
d’assurer une liaison partielle rigide,
démontable entre des pièces en créant un
effort de pression entre celles-ci.
III. Les goujons
Elément fileté aux deux extrémités
IV. Les écrous
Toute pièce ayant un trou taraudé fait fonction d’écrou.
Associé à un élément fileté (vis d’assemblage,
goujon), il assure une liaison fixe démontable.
Désignation normalisée : Ecrou H, M6
V. Représentation des pièces taraudées
Trou débouchant
Désignation normalisée : vis CHC, M24-48 (48 correspond à la
longueur sous tête de la vis)
II. Les vis de pression
Les vis de pression permettent de réaliser les
fonctions suivantes :
des arrêts (vis d’arrêt)
des appuis sous charge contrôlés (vis de
pression)
des guidages (vis de guidage)
Désignation normalisée : vis HZ, M6-10
Trou borgne
Le schéma cinématique
S si
SYNTHESE
I. Définition
Lors d’une étude, un mécanisme est représenté sous la forme d’un
dessin d’ensemble. Si le mécanisme est complexe, il sera utile de le
schématiser et de le représenter sous forme d’un schéma cinématique.
Le dessin
d’ensemble ci-contre
représente une bride
hydraulique
permettant le
maintien en position
d’une pièce à usiner.
L’effort de serrage
est produit par de
l’huile sous pression
agissant sur le
piston 2.
La bride est fixée sur
une table de
machine-outil.
y
IV. Elaboration du schéma cinématique
x
II. Recherche des classes d’équivalence
La dernière étape consiste à élaborer le schéma cinématique.
Il suffit pour cela de positionner les centres des liaisons puis les
symboles de chaque liaison en respectant leurs orientations et leurs
positions relatives.
En reliant entre elles les classes d’équivalence (couleurs), on obtient le
schéma cinématique du mécanisme.
Le schéma cinématique doit respecter la géométrie du mécanisme.
Schématisation dans le plan (O, x, y)
Définition : on appelle classe d’équivalence cinématique (cec) un
ensemble de pièces mécaniques reliées entre elles par des liaisons
encastrement.
Une classe d’équivalence peut être désignée par une lettre majuscule.
Ex. : A = {1, 4, 6,7} est la classe d’équivalence comprenant les
pièces repérées 1, 4, 6 et 7 sur le dessin d’ensemble.
Le mécanisme étudié comprend 10 pièces que l’on peut regrouper en 3
classes d’équivalence distinctes 0, A et B.
Pièce à
usiner
y
x
Schématisation en perspective
Remarque : Le ressort 10 étant déformable, on n’en tient pas compte
Sur le dessin d’ensemble, il sera d’usage de colorier chaque classe
d’équivalence d’une couleur différente.
III. Identification des liaisons mécaniques
Lors de cette étape, on recherchera les liaisons existant entre les
différents couples de cec. Pour cela, il faut respecter 2 règles :
•
S’il n’y a pas de contact entre deux cec, il n’y a pas de liaison.
•
Lorsqu’on étudie la liaison entre deux cec, il faut supposer le
reste du mécanisme enlevé.
Ex. : Recherche de la liaison entre les cec 0 et A.
1/ Rechercher les surfaces de contacts entres ces 2
solides : surfaces cylindriques d’axe y.
2/ En déduire les mouvements autorisés (degrés de
liberté) 2 degrés de liberté Ty et Ry.
3/ Identifier la liaison : pivot glissant d’axe y.
4/ Représenter la liaison par son symbole :
(Respecter les couleurs choisies).
y
x
z
Systèmes de transformation
de mouvement
S si
SYNTHESE
I. Les engrenages
II. Le système pignon crémaillère
Un engrenage est un
ensemble de roues qui
engrènent ensemble.
C’est une transmission
par obstacles.
Vcrémaillère = r pignon x w pignon
Vcrémaillère en m/s
w pignon: fréquence de rotation pignon
(rad/s)
dpignon=m x Zpignon
m:module
Z2:nombre de dents pignon
dpignon : diamètre primitif du pignon
III. Le système roue vis sans fin
Le rapport de transmission obtenu peut
être très important avec un faible
encombrement.
Le rendement est faible (0.4). Le
mécanisme est en général irréversible
ce qui signifie que la roue ne peut pas
entraîner la vis.
r=
Cascade d’engrenages
Z
ω2
=− 1
ω1
Z2
r:rapport de transmission
Z1:nombre de dents de la roue 1
Z2:nombre de filets de la vis 2
1
Exemple de vis à 3 filets :
2
IV. Le système vis-écrou
N
Z
r= 5 = 1
N1 Z 5
Les pignons intermédiaires, appelés « pignons fous »
n’ont pour fonction que d’inverser le sens de rotation ou d’éloigner les
roues motrices et réceptrices l’une de l’autre.
Train d’engrenages
Le système vis-écrou
permet de transformer un
mouvement de rotation en
un mouvement de
translation. (Exemples :
pousse-seringue, pilote
automatique, destructeur
d’aiguilles, …)
1 tour de la vis par rapport à l’écrou donne un déplacement de la valeur
du pas de la vis par rapport à l’écrou.
Déplacement (mm) = Pas (mm) x Nombre de tour(s)
Autre exemple :
2b
α : nombre de contacts extérieurs.
Lorsque l’on trouve un rapport
négatif cela signifie que l’arbre de
sortie tourne en sens inverse par
rapport à l’arbre d’entrée.
2a
Z
Z
N (vitesse _ sortie)
r= 1
= (− 3 ) × (− 2b )
N 3 (vitesse _ entrée)
Z 2a
Z1
V=
pN
.10 −3
60
V:vitesse linéaire (m/s)
N:fréquence de rotation (tr/min)
P :pas (mm/tr)
V. Le système bielle manivelle
Nomenclature des pièces
Rep 1 Piston
Rep 2 Axe côté piston
Rep 3 Corps
Rep 4 Support
Rep 5 Bielle
Rep 6 Axe côté manivelle
Rep 7 Manivelle
ω2 Z1
=
ω1 Z 2
dω d ω
Vchaine = 1 1 = 2 2
2
2
r=
r:rapport de transmission
Zi:nombre de dents du pignon i
di:diamètre du pignon i
wi:vitesse angulaire pignon i
2
VIII. Les cames
Une came est une pièce mécanique non circulaire qui a un mouvement
de rotation et met en mouvement une tige. Ce système transforme un
mouvement de rotation en un mouvement de translation alternatif
L'amplitude du mouvement est liée aux dimensions de la came
VI. Le système poulies courroie(s)
Il existe de nombreux modèles de courroies : lisses, à section circulaire,
trapézoïdale, rectangulaire, crantées,…
Les courroies à section circulaire, trapézoïdale,
rectangulaire assurent une transmission de
mouvement avec glissement. Cela peut être
utilisé comme une sécurité sur le système :
limiteur de couple.
Les poulies crantées et la courroie associée
assurent une transformation de mouvement sans
glissement. Comme les engrenages, cette
transformation de mouvement est par obstacle,
donc avec conservation des positions relatives
des poulies à tout instant.
ω2 d1
=
ω1 d 2
dω
d ω
Vcourroie = 1 1 = 2 2
2
2
IX. Le système à croix de Malte
La rotation du plateau 51
amène le doigt au niveau de
la croix de Malte 44.
Le doigt fait tourner la croix
de Malte d’un quart de tour à
chaque passage.
r=
1
2
r:rapport de transmission
di:diamètre de la poulie i
w2 : vitesse angulaire poulie i
VII. Le système pignons chaine(s)
C’est une transmission par obstacle, à l’aide d’un lien articulé appelé «
chaîne », un mouvement de rotation entre deux arbres parallèles.
Des formes spécifiques ont
été réalisées dans le plateau
44 comme dans la croix de
Malte 51 pour éviter les
interférences de
fonctionnement.
Les actions mécaniques
S si
SYNTHESE
I. Définition d’une action mécanique
II. Action mécanique de la pesanteur
On appelle action mécanique toute cause susceptible de :
• créer ou modifier un mouvement ;
• déformer un corps ;
• maintenir un corps au repos.
Cette action est toujours appliquée au centre de gravité de l’objet,
Sa direction est verticale et son sens vers le bas.
P = m.g
P : poids en Newtons (N)
m : masse en kg
g : accélération de la pesanteur
(9.81m/s2 à la surface de la terre)
Notion de force
On appelle force une action mécanique élémentaire exercée suivant
une droite, et localisée en un point.
Une force est modélisable par un vecteur et se
définit par :
- son point d’application,
- sa direction,
- son sens,
- son intensité (en Newton : N)
III. Action d’un fluide sur une surface S
Action d’un fluide sous pression sur la surface d’un piston
L’action répartie est modélisée par une seule action située au centre de
poussée.
P : pression en Pa (1 bar = 105 Pa)
F : force en Newtons (N)
S : surface (S=π.r2) en m2
Principe des actions mutuelles
Pour un système en équilibre : toute force implique
l’existence d’une force qui lui est opposée.
A1 / 2 = − A2 / 1
autre notation :
P=
p
F
A1→2 = − A2→1
Moment algébrique d’une force par rapport à un point
F
S
IV. Action d’un ressort
Un moment est une action mécanique exercée autour d’une droite
(effort de rotation).
Le moment d’une force par rapport à un point est égal au produit de
l’intensité de la force et de la distance d entre le support de la force et
le point considéré (d= bras de levier ; d est perpendiculaire au support
de la force et passe par le point considéré).
Fress/ext
∆L
∆L
Fress/ext
L
L0
L
Ressort comprimé
Le signe du moment algébrique dépend du sens de rotation de la force
autour du point considéré (A).
• Norme :
Vecteur moment d’une force par rapport à un point
Soit une force
F
FX
appliquée au point A :
-
0
F : FY ;
M A (F ) : 0
0
FZ
Coordonnées de A dans le repère (o, x, y, z) :  x A 
y 
 A
 z A 
Coordonnées de B dans le repère (o, x, y, z) :  x B 
y 
 B
 z B 
0
x A − xB
z A − zB
( y A − y B ).Z F − ( z A − z B ).YF
XF
F
C
yB
J
B
xB
xA
x
D
G
= ( z A − z B ). X F − ( x A − xB ).Z F
A
H
( x A − xB ).YF − ( y A − y B ). X F
autre notation : M B ( F ) = M A ( F ) + BA × F
avec :
Exemples :
Store : liaisons pivot en A, B, C, D, E, F. Poids des tirants négligés. Poids du
store 500 N en G
Modélisation du store dans le plan (G, x, y)
YF
XF
ZF
F = − k × ∆ L = − k × ( L − L0 )
F :norme en Newtons
k :raideur du ressort en N/m
L0 : longueur libre du ressort = longueur à vide en m
L : longueur du ressort = longueur du ressort déformé en m
Un problème de statique est considéré comme plan si :
le système étudié est géométriquement symétrique par rapport au
plan d’étude,
les forces sont contenues dans le plan (ou symétriques par
rapport au plan) et les moments sont orthogonaux au plan
d’étude.
Si l’étude se fait dans le plan (x, y) alors les efforts transmissibles sont sur x
et y et les moments transmissibles sont sur z.
yA
= 0 + y A − y B ∧ YF
0
Ressort tendu
V. Cas des problèmes à plan de symétrie
Le vecteur moment de la force au point B est : (Moyen
mnémotechnique « BABAR »). Le
produit vectoriel peut être noté « ^ »
y
ou bien « X ».
M B ( F ) = M A ( F ) + BA ∧ F
Ressort à vide
• Point d’application : centre du contact avec le ressort
• Direction : axe du ressort
• Sens : sens contraire à la déformation
I
G
Y
X
Y
O
X
Efforts transmissibles dans
les liaisons
S si
Synthèse
Degrés
Caractérisation
de
de la liaison
liberté
Schématisation plane
Coté
y
Encastrement
de centre A
⎡0 0⎤
⎢0 0⎥
⎢
⎥
⎢⎣0 0⎥⎦
Pivot d’axe
(A, x )
z
A
Glissière d’axe
(A, x )
z
A
Hélicoïdale
d’axe (A, x )
Pivot glissant
d’axe (A, x )
Rotule de
centre A
Appui plan de
normale (A, y )
⎡Tx Rx⎤
⎢0 0 ⎥
⎢
⎥
⎢⎣ 0 0 ⎥⎦
⎡0 Rx⎤
⎢0 Ry⎥
⎢
⎥
⎢⎣0 Rz⎦⎥
⎡Tx 0 ⎤
⎢ 0 Ry⎥
⎢
⎥
⎢⎣Tz 0 ⎦⎥
Linéaire rectiligne
(ou cylindre plan)
de normale (A, y ),
d’axe (A, x )
⎡Tx Rx⎤
⎢ 0 Ry⎥
⎢
⎥
⎢⎣Tz 0 ⎦⎥
Linéaire annulaire
(ou sphère
cylindre) d’axe
(A, z )
⎡ 0 Rx⎤
⎢ 0 Ry⎥
⎢
⎥
⎢⎣Tz Rz⎥⎦
Ponctuelle (ou
sphère plan) de
normale (A, x )
⎡ 0 Rx⎤
⎢Ty Ry⎥
⎢
⎥
⎢⎣Tz Rz⎦⎥
A
x
x
⎧ X A LA ⎫
⎪
⎪
⎨ YA M A ⎬
⎪Z
N A ⎪⎭R
A⎩ A
x
⎧X A 0 ⎫
⎪
⎪
⎨ YA M A ⎬
⎪Z
N A ⎪⎭ R
A⎩ A
x
⎧ 0 LA ⎫
⎪
⎪
⎨YA M A ⎬
⎪Z
N A ⎪⎭ R
A⎩ A
x
⎧X A → LA ⎫
⎪
⎪
MA⎬
⎨ YA
⎪ Z
N A ⎪⎭R
A
A⎩
x
0 ⎫
⎧0
⎪
⎪
⎨YA M A ⎬
⎪Z
N A ⎪⎭ R
A⎩ A
x
⎧ X A 0⎫
⎪
⎪
⎨ YA 0⎬
⎪ Z 0⎪
⎭R
A⎩ A
x
⎧ 0 LA ⎫
⎪
⎪
⎨YA 0 ⎬
⎪0 N ⎪
A ⎭R
A⎩
x
⎧0 0 ⎫
⎪
⎪
⎨YA 0 ⎬
⎪0 N ⎪
A ⎭R
A⎩
y
y
A
A
x
z
z
A
y
y
A
A
x
z
y
⎡Tx → Rx⎤
⎢ 0
0 ⎥⎥
⎢
⎢⎣ 0
0 ⎥⎦
y
y
z
y
⎡Tx 0⎤
⎢ 0 0⎥
⎢
⎥
⎢⎣ 0 0⎥⎦
Schématisation
spatiale
A
y
⎡0 Rx⎤
⎢0 0 ⎥
⎢
⎥
⎢⎣0 0 ⎥⎦
Face
A
z
y
y
A
A
x
z
z
y
y
A
A
y
A
x
z
z
y
y
A
A
y
A
x
z
y
y
y
A
A
z
A
x
z
y
y
y
A
z
A
A
x
z
y
y
y
A
z
A
A
x
x
⎧ X A 0⎫
⎪
⎪
⎨ YA 0⎬
⎪ 0 0⎪
⎭R
A⎩
x
⎧X A 0⎫
⎪
⎪
⎨ 0 0⎬
⎪ 0 0⎪
⎭R
A⎩
z
y
y
y
A
z
A
Composantes de la
force (X, Y, Z) et du
moment (L, M, N)
transmissibles par
la liaison
A
x
z
Statique
Résolution analytique
Synthèse
S si
On obtient finalement une seule équation (1) significative
I. Définition
Lorsque le système matériel isolé présente un plan de symétrie
géométrique et que les forces extérieures sont symétriques par
rapport à ce plan, l’étude peut se faire dans ce plan de symétrie.
Dans l’exemple ci-dessous, il s’agit du plan (O,x,y).
•
Théorème du Moment Résultant en A
La somme vectorielle des moments, exprimés en un même
point, est nulle.
Accélération de la pesanteur :
g=10m/s2
On projette cette équation vectorielle sur l’axe perpendiculaire au
plan d’étude (z, dans notre cas) :
A0→1 × 0 − 10000×1 + YB × 2.2 = 0
(2)
Etude de l’équilibre de la voiture 1
La résolution d’un problème de statique plane commence par le
bilan des actions mécaniques extérieures agissant sur le système
isolé 1.
3) Résolution du système d’équations
On obtient finalement un système de 2 équations (1) et (2)
à 2 inconnues YA et YB.
A partir de (2), on en déduit la valeur de YB. YB= 4545.5 N
En remplaçant YB dans l’équation (1) , on trouve la valeur de YA
YA = 10000 – 4545.5
YA = 5454.5 N
4) Mise en forme des résultats
Dans ce cas, on remarque que les 3 forces extérieures sont
parallèles entre elles. Une résolution graphique n’est pas
envisageable car les forces extérieures sont non concourantes.
II. Résolution analytique dans le plan
La résolution analytique se fait en 4 phases.
1) Modélisation des vecteurs forces
Il faut exprimer les coordonnées connues ou inconnues de chaque
vecteur force dans le repère (O,x,y,z).
Il suffit d’écrire les vecteurs forces recherchés en exprimant leurs
composantes dans le repère choisi.
0
soit A
0 →1 = 5454.5 N
A0→1 : 5454.5
0
B0→1 = 5454.5 N
0
soit
B0→1 : 5454.5
0
III. Calcul du moment algébrique
Le sens positif est celui qui permet de passer de l’axe x à l’axe y
(ou de l’axe y à l’axe z, ou de l’axe z à l’axe x) en tournant de 90°
dans le sens trigonométrique.
y
y
Les 3 forces étant verticales et colinéaires à l’axe y, leurs
coordonnées respectives sur x et sur z seront donc nulles.
Les 3 vecteurs forces pourront s’écrire de la manière suivante :
0
A0→1 : Y A ;
0
0
B0→1 : YB ;
0
0
0
P1 : − m.g = − 1000 N
0
+
x
L’intensité du moment est égale à l’intensité de la force multipliée
par la distance (la distance est orthogonale au support de la force).
0
Exemples :
2) Application du Principe Fondamental de la Statique
(PFS) (théorèmes généraux)
Théorème des forces
+
z
x
y
Au total, le problème présente 2 inconnues YA et YB.
Ce chiffre étant inférieur à 3, la résolution est donc possible. La
résolution analytique se fera en appliquant les théorèmes
généraux.
•
z
+
+
x
A
d
B
La somme vectorielle des forces extérieures
agissant sur le système isolé est nulle
M A ( F1 ) = − d1 × F1
M B ( F2 ) = −d 2 × F2
d2
Statique plane
Résolution graphique
Synthèse
S si
I. Définition
IV. Solide soumis à l’action de 3 forces
concourantes
La statique est l’étude de l’équilibre des systèmes matériels,
soumis à diverses actions mécaniques.
D’après le Principe Fondamental de la Statique (PFS) :
3
un solide soumis à l’action de trois forces coplanaires reste en
équilibre si les supports des 3 forces se coupent en un point et si la
somme vectorielle des trois forces est nulle.
Hypothèses d’étude :
Statique plane
On parlera de statique plane lorsque le système isolé S présente
un plan de symétrie géométrique et mécanique. L’étude de
l’équilibre du solide pourra alors se réaliser dans ce plan de
symétrie (représenté par la feuille).
Solide indéformable
Le système matériel isolé S est supposé indéformable.
II. Démarche de résolution d’un problème de
statique
a) Isoler le système matériel S, en définissant une frontière fictive
entre lui et l’extérieur du système.
b) Faire le bilan des actions mécaniques extérieures agissant,
par contact ou à distance, sur le système S isolé.
c) Modéliser chacune des actions mécaniques par un vecteur
force.
d) Renseigner le tableau récapitulatif, en faisant apparaître les
caractéristiques (connues ou inconnues) de chaque vecteur force
(point d’application, direction et intensité).
M I ( F1 ) est le vecteur moment de la force F1 par rapport au
point I.
Remarque : dans ce cas, la résolution ne sera possible que si l’on
connaît les directions d’au moins 2 forces ainsi que l’intensité
d’1 force
V. Exemple de résolution
Déterminer l’intensité de la force
dans la liaison pivot au point B
connaissant le poids du toit et la
position de son centre de gravité
a) Rechercher le (ou les) solide(s)
soumis à 2 forces pour déterminer
les supports des forces.
Compter le nombre d’inconnues n :
− si n = 3 la résolution est possible,
− si n > 3 la résolution n’est pas possible et il faut choisir un autre
solide à isoler (exemple : un solide soumis à 2 forces)
III. Solide soumis à l’action de 2 forces
D’après le Principe Fondamental de la Statique (PFS) :
un système soumis à deux forces reste en équilibre si les deux
forces sont opposées et d‘intensité égale.
Les deux forces ont
donc :
même direction,
sens opposé,
même intensité.
b) Isoler le (ou les) solides soumis à 3 forces et utiliser les résultats
précédemment trouvés
Adhérence et frottement
Synthèse
I. Cas du contact PARFAIT
Une liaison parfaite est une liaison dans laquelle le jeu entre les
surfaces en contact est NUL et dans laquelle le frottement et
l’adhérence sont négligés.
De façon à définir la limite dans laquelle doit se trouver la force de
contact pour qu’il y ait adhérence, on trace le cône de frottement
de demi-angle au sommet φ.
L’axe du cône de frottement est porté par la normale n au PTC.
Dans le cas d’un contact parfait (sans
frottement), la force exercée par le
solide 0 sur le solide 1, est
perpendiculaire au plan tangent
Contact avec ADHERENCE
Il y a encore équilibre, la force
reste située à l’intérieur du cône
de frottement (θφ).
commun (PTC).
II. Cas du contact REEL
Dans certains problèmes de statique, le modèle théorique de
liaison parfaite n’est pas applicable à la réalité.
Dans ces cas là, on devra tenir compte du phénomène physique
de l’adhérence (ou frottement).

Définition
On appelle frottement ou adhérence la
résistance mécanique au glissement
relatif entre 2 solides en contact.
V. Cas du contact réel avec frottement
Si la limite de l’équilibre est dépassée, la force de contact reste
inclinée d’un angle φpar rapport à la normale n au PTC.
(Elle ne parvient plus à maintenir le solide en équilibre)
Exemple : Le véhicule 1 est en équilibre sur un plan incliné 0.
III. Angle de frottement
Si l’on continue à augmenter l’angle d’inclinaison du plan incliné 0,
la force s’incline pour résister au mouvement jusqu’à un angle
limite θ= φ, au delà duquel il ne pourra plus y avoir équilibre.
Cette angle limite φs’appelle angle de frottement ou
d’adhérence
On appelle angle de frottement ou d’adhérence, la valeur limite
de l’angle d’inclinaison de la force de contact au delà de laquelle
l’équilibre sera rompu.
Lorsque la force est inclinée de
l’angle φ, on est dans le cas de
l’équilibre « limite » ou « strict ».
On parle de contact avec
adhérence.
Contact avec FROTTEMENT
L’équilibre est rompu, il y a glissement du solide 1 sur le solide 0.
La vitesse du point A n’est plus nulle.
La force de contact reste située sur la génératrice du cône de
frottement (θ= φ), du côté opposé à la tendance au
mouvement..
VI. Arc-boutement
L’arc boutement est
fonction :
- du coefficient de
frottement,
- de la longueur de
guidage,
- du jeu dans
l’assemblage,
Dans la zone (1), il y a
arc-boutement,
Dans la zone (2), il y a glissement.

Coefficient de frottement
Le coefficient de frottement f se définit par la relation
Le coefficient de frottement f dépend :
- des matériaux en contact ;
- de l’état des surfaces en contact (rugosité) ;
- de la présence ou non de lubrifiant.
Quelques valeurs de coefficients de frottement :
Matériaux en contact
Acier/ acier (surfaces polies)
Acier/ bronze lubrifié
Pneu/ chaussée sèche
Pneu/ chaussée verglacée
IV. Cône de frottement
f
0.2
0.07
0.6
0.1
f = tan φ
Détermination de la zone dans laquelle il y a arc
boutement :
a) Identifier les points de contact entre les pièces (il existe un jeu
entre les deux pièces),
b) Identifier le sens du mouvement (ou de la tendance au
mouvement) de la pièce étudiée
c) Tracer les cônes de frottement,
d) Repasser les supports des forces à la limite du glissement (le
frottement s’oppose au mouvement)
e) Prolonger les supports et trouver le point de concours délimitant
les deux zones (zone dans laquelle il y a arc boutement et zone
dans laquelle le glissement est possible)
Transmission de puissance
Sans transformation de mouvement
S si
SYNTHESE
I. Principe
Accouplement élastique
Ils sont très nombreux et de formes très diverses. La liaison par
obstacle élastique permet d’absorber les vibrations et les à-coups.
La liaison mécanique permanente entre un arbre moteur et un
récepteur peut être assurée par un accouplement. C'est-à-dire un
mécanisme qui accepte et compense les défauts géométriques entre
les deux arbres.
II. Défauts géométriques possibles
Décalage radial
Défaut en
torsion
Décalage axial
Défaut
d’alignement
Décalage
angulaire
Distance
III. Les différents types d’accouplements
Accouplement rigide (manchon)
Cet accouplement simple, donc peu couteux, ne supporte pas les
défauts d’alignement entre les arbres. La liaison arbre / accouplement
peut se faire par goupille
Joint de OLDHAM
Le joint de Oldham supporte
uniquement des défauts
d’alignement. La pièce
intermédiaire est généralement
fabriquée en plastique plus ou
moins dur.
IV. Les limiteurs de couple
Principe : Le limiteur de couple permet de limiter le couple
transmissible entre deux arbres afin de protéger le mécanisme contre
les surcharges.
Limiteurs par glissement (ou frottement)
La surface de contact entre l’élément moteur et récepteur peut être
plane ou conique.
Le couple qui est
transmis par
frottement dépend
de la valeur de
l’effort presseur, des
dimensions de la
surface de contact
et du coefficient de
frottement entre les
matériaux.
Une fois le couple
maximal atteint, il y a glissement (le limiteur patine), dès que le couple
baisse, la transmission est à nouveau assurée.
Limiteur par obstacle escamotable
On intercale entre les parties menantes et
menées des éléments solides (billes,
rouleaux, …) qui assurent la transmission
du couple, grâce à la présence de
logements. Lors d’une surcharge, ces
éléments se trouvent entraînés hors de
leur logement. Il y a désaccouplement des
deux arbres. Le limiteur doit alors être
réarmé manuellement, électriquement, etc,
pour transmettre à nouveau.
Joint de cardan
Le cardan simple n’est homocinétique
que si les arbres sont alignés. Plus
l’angle de brisure entre les deux arbres
est grand, plus la vitesse sera
saccadée.
L’homocinétisme n’est possible qu’avec
deux cardans déphasés d’1/4 de tour.
Limiteur par rupture
Accouplement à denture bombées
La forme bombée des
dentures permet
d’accoupler des
arbres légèrement
désalignés.
Une solution constructive consiste à
intercaler entre l’arbre moteur et l’arbre
récepteur une pièce qui supporte le
couple à transmettre. Cette pièce est
dimensionnée pour se rompre lorsque le
couple limite est atteint. Cette pièce,
généralement une goupille, est parfois
appelée « fusible mécanique ».
Puissance et rendement
S si
SYNTHESE
I. Principe de conservation de l’énergie
V. Exemple : motorisation de volets battants
« Tout se transforme, rien ne se crée »
Energie d’entrée :
Electrique,
Mécanique,
Hydraulique,
…
Energie de sortie
(utile) :
Electrique,
Mécanique,
Hydraulique,
Système
mécanique
ηtotal
Energie perdue
(dissipée) :
Le plus souvent sous
forme de chaleur
II. Puissance
P=F.v
Solide en translation :
Puissance en Watts (W), force en Newtons (N), vitesse en m/s
Avec F et v portés par le même axe.
P=C.w
Solide en rotation :
Puissance en Watts (W), couple en Newtons mètres (Nm), vitesse de
rotation en rad/s. Avec C et w portés par le même axe.
Tension d’alimentation : 230V, Fréquence :60Hz
Valeurs nominales : vitesse de rotation : Nmot : 730tr/min, Puissance
disponible Pmot : 70W, rendement :
η mot = 0.57
P=p.Q
Puissance hydraulique :
Puissance en Watts (W), pression en Pascals (Pa), débit en m3/s
Rapport de réduction : R = 1/46
III. Rendement
η=
Rendement :
Psortie
Pentrée
ηepi = 0.35
Le rendement n’a pas d’unité. Dans
un système réel, le rendement est forcément inférieur à 1. Si par
hypothèse, le système est parfait alors le rendement est pris égal à 1.
η total = η1 × η 2 × η 3 × .... × η n
Rapport de réduction : R = 1 (car les deux roues ont le même
diamètre, ici le rôle de l’engrenage est de déporter l’axe de rotation et
non de modifier la vitesse)
Rendement :
ηengrenages = 0.95
IV. Transmission de puissance
Dans le cas d’un engrenage ou d’un système roue-vis sans fin
Rapport de réduction : R = 1/6
Rendement :
η roue − vis = 0.50
Synthèse :
vous pouvez maintenant compléter le diagramme suivant :
Dans le cas d’un système vis-écrou
Loi entrée-sortie
VS =
p.N e
.10 −3
60
V:vitesse linéaire (m/s)
N:fréquence de rotation (tr/min)
p :pas (mm/tr)
Rendement :
η = PS / Pe
vs : vitesse de translation
de l’écrou en (m/s)
Fs : force disponible sur
l’écrou en N
Ps : puissance disponible
en sortie (W)
Ps = Fs . vs
ou
Vs =
p.we
.10 −3
2π
La programmation
Synthèse
I. Algorithme et algorigramme
II. Graphe d’états
Algorithme : c’est un ensemble de règles opératoires rigoureuses,
ordonnant à un processeur d’exécuter, dans un ordre déterminé,
un nombre fini d’opérations élémentaires appelées « instructions ».
Les états peuvent être représentés graphiquement soit par des
rectangles, soit par des ovales. Lorsqu’un état est composé de
sous-états, on parle de super-état ou d’état composite.
Organisation d’un algorithme
L’en-tête : Dans cette partie le concepteur donne un nom à
l’algorithme. Il définit le traitement effectué et les données
auxquelles il se rapporte.
La partie déclarative : Dans cette partie, le concepteur décrit les
différents « objets » que l’algorithme utilise.
Les constantes
Les variables
Ce sont des « objets » constants
Ce sont des « objets » dont la
dans tout l’algorithme.
valeur peut changer au cours
Déclaration :
de l’exécution de l’algorithme.
nom_constante=valeur
Déclaration :
Exemple : Pi = 3,1416
nom_variable :type
La déclaration de constantes
symboliques permet de donner
un nom à un objet constant dans
tout l’algorithme et ensuite de
faire référence à cet objet par
son nom plutôt que par sa
valeur.
Etat OU : ils représentent des états de fonctionnement mutuellement
exclusif donc des états OU ne peuvent pas être actifs ou s’exécuter
en même temps.
On associe un nom à chaque état.
Etat ET : ils représentent des états de fonctionnement totalement
indépendants.
Plusieurs états de même niveau hiérarchique peuvent être actifs
simultanément.
Ces états sont représentés graphiquement par un rectangle en trait
pointillé, et un numéro indique l’ordre d’exécution.
On associe un nom à chaque état.
Transitions : Les transitions sont représentées par des flèches
orientées, et permettent de décrire les évolutions du système d’un
état source vers un état destination.
Le « type » peut être :
nombres entiers, octets,
chaines de caractère,…
La partie exécutive
Elle est délimitée par les mots « début » et « fin ».
Algorigramme : c’est une représentation graphique de
l’algorithme. Pour le construire, on utilise des symboles
normalisés. Ci-dessous, quelques exemples :
Début / fin
traitement
Exemples de structures :
Sousprogramme
(macro)
Entrée /
sortie
Transition par défaut : Cette transition indique l’état (ou super-état)
qui doit être actif à l’état initial (« mise sous tension »).
Actions dans un état : Il s’agit de définir les actions à effectuer
lorsque l’état Nom-etat est actif.
On définit 3 types d’actions :
action à l’activation de l’état : pour spécifier ce type
d’action, la syntaxe est entry: actions.
action durant l’état : pour spécifier ce type d’action, la
syntaxe est during: actions.
action à la désactivation de l’état : pour spécifier ce type
d’action, la syntaxe est exit: actions.
Test /
condition
III. GRAFCET
Le GRAFCET est un outil graphique de description des
comportements d’un système logique séquentiel. Il est composé
d’étapes, de transitions et de liaisons :
Quelques structures utilisées :
Les vérins
(actionneurs linéaires)
S si
SYNTHESE
I. Principe
IV. Différents types de vérins
Un vérin pneumatique est un actionneur
qui permet de transformer l'énergie de
l'air comprimé en un travail mécanique.
Un vérin pneumatique est soumis à des
pressions d'air comprimé qui permettent
d'obtenir des mouvements dans un sens
puis dans l'autre. Les mouvements
obtenus peuvent être linéaires ou
rotatifs.
Un vérin pneumatique ou hydraulique
est un tube cylindrique (le cylindre) dans
lequel une pièce mobile (le piston)
sépare le volume du cylindre en deux
chambres isolées l'une de l'autre. Un ou plusieurs orifices permettent
d'introduire ou d'évacuer un fluide dans l'une ou l'autre des chambres et
ainsi de déplacer le piston.
Vérin simple effet
Vérin double effet
II. Applications
Cet actionneur de conception robuste et simple à mettre en œuvre est
utilisé dans toutes les industries manufacturières. Il permet de reproduire
les actions manuelles d'un opérateur telles que pousser, tirer, plier,
serrer, soulever, poinçonner, positionner, etc...
Les croquis ci-dessous évoquent les principaux emplois des vérins
pneumatiques en automatisation de production
Vérin rotatif à pignon crémaillère
Vérin rotatif
Vérin électrique
(système vis-écrou)
III. Constitution d’un vérin
Un piston muni d’une tige se déplace librement à l’intérieur d’un tube.
Pour faire sortir la tige, on applique une pression sur la face avant du
piston, et sur la face arrière pour faire rentrer la tige.
V. Dimensionnement d’un vérin pneumatique
linéaire
Critères de choix d’un vérin :
• sa course : longueur du déplacement effectué par la tige de vérin,
• la vitesse de sortie de la tige :
v=
Q
S
(avec la vitesse v en m/s,
le débit Q en m3/s et la surface S en m2),
• la force développée par le vérin, sachant que pour un vérin double
effet cette force n’est pas la même en poussant et en
tirant :
F = p×S
(avec la force F en Newtons, la pression p en
Pa (1 bar = 105Pa) et la surface S en m2)
Amortissement
Certains vérins disposent d’amortisseurs afin d’obtenir un ralentissement
en fin de mouvement de façon à éviter un choc du piston sur le nez ou le
fond du vérin.
Auxiliaires implantés sur les vérins
Il est possible d’équiper les vérins de dispositifs de contrôle de
mouvement tels que régleurs de vitesse et capteurs de position
magnétique (ILS : Interrupteurs à Lames Souples).
Stockage de l’énergie
Synthèse
I. Introduction
On a besoin de stocker l’énergie pour 3 raisons :
avoir des systèmes autonomes,
compenser le décalage temporel entre la
production d’énergie et l’utilisation,
compenser des fluctuations dans la production
d’énergie ;
II. le stockage électrochimique de l’électricité
Les 3 grandeurs principales qui
caractérisent les batteries sont :
La tension aux bornes, ou
différence de potentiel, est la tension
fournie par la pile, ou batterie, au
cours de sa décharge. Elle s’exprime
en volts (V).
La capacité d’une batterie est la quantité d’électricité
que fournit la batterie, on la rapporte souvent à la masse ou au
volume. Les fabricants indiquent la capacité en ampère-heure (Ah)
ou en Coulomb (C) avec 1Ah = 3600C.
La densité énergétique d’une batterie est la quantité
d’énergie stockée par unité de masse ou de volume. Elle s’exprime
en Wh/kg ou en Wh/L.
III. le stockage électrostatique de l’électricité
Capacité d’une association de batteries
La capacité représente la
quantité de courant présent dans
la batterie, mais pas la quantité
d'énergie. Pour connaître cette
quantité d'énergie (qui s'exprime
en Watt-heure (Wh)), il faut
multiplier la capacité par la
tension de la batterie : Ah x V =
Wh.
Les supercondensateurs
La capacité électrique d’un
condensateur ou d’un
supercondensateur est
déterminée
essentiellement par la
géométrie des armatures
et de la nature du, ou des,
isolant(s).
Densité
de
puissance (W/kg)
Densité
d’énergie
(Wh/kg)
Batterie
150 – 1000
Supercondensateur
1000 – 5000
50 - 1500
4-6
Le tableau permet de remarquer la supériorité des
supercondensateurs en ce qui concerne la densité de puissance.
Le point faible des supercondensateurs est leur densité d’énergie
très mauvaise, ce qui signifie qu’ils ne peuvent stocker cette
puissance que peu de temps (quelques secondes maximum). De
ce fait, leur utilisation est limitée à des applications particulières,
telles que le démarrage de locomotives, le contrôle de l’orientation
des pales d’une éolienne ou l’amélioration de la qualité des
courants transportés sur les réseaux électriques.
III. Les volants d’inertie (ou flywheel)
Les volants d’inertie stockent l’énergie
sous forme cinétique. Ils sont constitués
d’une masse en rotation autour d’un axe.
Les volants d’inertie sont des dispositifs
qui se chargent et se déchargent sur
quelques secondes à une minute. Ils
sont donc réservés à des applications où
les cycles de stockage sont de courte
durée.
Exemple sur le tapis de course.
Lois électriques
Synthèse
I. Loi d’Ohm
Loi des mailles
Loi d’Ohm en courant continu
En parcourant la maille, la somme des tensions dans le sens du
parcours est égale à la somme des tensions de sens contraire.
V1
A
B
V2
D
Exemple :
V3
C
V2=V1+V3
IV. Pont diviseur de tension
II. Associations de résistances
V. Puissance d’un dipôle, en continu
La puissance électrique (En Watts) reçue par un récepteur (ou
fournie par un générateur) a pour expression :
VI. Application des diodes
III. Lois de Kirchoff (loi des nœuds, loi des
mailles)
Loi des nœuds.
En un nœud, il n’y a pas d’accumulation de charges électriques
(propriété du courant électrique).
La somme des courants qui entrent dans un nœud est égale à la
somme des courants qui en repartent.
Exemple : i1+i4= i2+i3
Les diodes ont de multiples
applications. En voici deux :
redressement de tension
(conversion courant
alternatif vers courant
continu, semi-redressé)
- une diode peut servir de protection contre une erreur de
branchement d'un circuit alimenté en courant continu en
empêchant la circulation du courant dans le mauvais
sens.
Communication de l’information
Les réseaux
Cours
1- Mise en situation
Comment différents appareils parviennent-ils à communiquer entre eux ?
2- Les réseaux informatiques
Réseau d'ordinateurs :
Le principe est très souvent le suivant : Clients / Serveur
Plusieurs ordinateurs ont un besoin et font appel à un ordinateur central
pour les aider. L'ordinateur central est appelé serveur car il est là pour
rendre service aux autres (clients) mais doit attendre qu'on lui demande
quelque chose. Un serveur ne peut rien faire sans qu'on le lui demande.
Réseau entre modules industriels :
Dans ce type de réseau nous rencontrons souvent le principe :
Maitre / Esclaves
Un des appareils (Ordinateur ou automate) demande ou fournit à tour de
rôle à tous les autres appareils une information (Température, comptage,
consigne vitesse, etc.). Il est le maître. Les autres appareils doivent obéir,
ce sont les esclaves.
Réseau hétérogènes :
Dans un réseau hétérogène, il est possible de faire communiquer des
ordinateurs équipés de systèmes d'exploitation différents (Windows,
Linux, MacOS) avec des cartes électroniques, des automates, des
caméras IP. Si ces appareils utilisent le même langage (Normes de
communication, Protocoles) alors ils pourront échanger leurs
informations.
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S si
Communication de l’information : les réseaux
Cours
3- Topologie des réseaux
La topologie désigne la représentation que l'on se
fait d'un réseau sous deux points de vue Topologie
physique et Topologie logique. Ces deux points
de vue utilisent des représentations graphiques
définies : Bus, Etoile, Anneau, Maillé, Arbre, Libre.
Topologie Physique : Point de vue de
l'emplacement et de la connexion des appareils.
Topologie Logique : Point de vue du parcours de l'information.
Topologie Mixte : Un réseau peut avoir une topologie physique différente de sa topologie logique.
4- Transport de l’information
Pour communiquer, les appareils ont besoin d'être interconnectés physiquement. Pour cela il existe
plusieurs possibilités.
Câble coaxial – Signal électrique
• Débit max : 10Mb/s
•
Longueur de câble : 500 mètres
•
Topologie physique : Bus
Paire torsadée – Signal électrique
•
•
•
Débit max : 1000Mb/s
Longueur de câble : 100 mètres
Topologie physique : Etoile
Fibre optique – Signal lumineux
•
•
•
Débit max : de 100Mb/s à 10Tb/s
Longueur de câble : -> millier de km
Topologie physique : Anneau (FDDI)
Liaison sans fil (Wifi) – Ondes Radio
• Débit max : de 10Mb/s à 600Mb/s
•
Portée : dizaines de mètres
•
Topologie physique : Infrastructure/Adhoc
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S si
Communication de l’information : les réseaux
Cours
Le Wi-Fi peut opérer selon deux modes :
- Mode ad hoc : les machines clientes sont interconnectées directement
entre elles sans passer par un point d’accès. Exemple : drone Parrot
- Mode infrastructure : dans ce mode, les machines clientes sont
connectées à un point d’accès partageant la bande passante disponible
Courants porteurs en ligne (CPL)
• Débit max : de 14Mb/s à 500Mb/s
Les Courants Porteurs en Ligne (CPL) permettent de
construire un réseau informatique sur un réseau électrique. Le
principe des CPL consiste à superposer au courant électrique
alternatif (50Hz) un signal à plus haute fréquence et de faible
énergie. Ce deuxième signal se propage sur l’installation
électrique et peut-être reçu et décodé à distance.
Exemple : le fournisseur d’accès Free relie ses deux boitiers
Freebox (Internet et télévision) par des « FreePlugs », adaptateurs CPL, inclus dans l’alimentation des
boitiers.
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S si
Communication de l’information : les réseaux
Cours
5- Le modèle OSI
Le modèle OSI a été créé dans le but d'avoir un cadre général pour la conception des protocoles et
standards de communication sur les réseaux.
Les protocoles de communication
utilisés par nos applications : Mail, Web,
Nom de domaine, etc.
Contrôle sur le transfert des données
Identification des appareils sur le réseau
Norme pour les supports de
communication (Ethernet, Wifi, etC.)
6- Adresse IP




IP : Internet Protocol
Protocole : Ensemble de règles à respecter pour une bonne communication sur le réseau mondial
Internet
Adresse IP : numéro d'identification attribué de façon permanente ou provisoire à chaque appareil
connecté à un réseau informatique.
ICANN : attribue les adresses publiques
Norme IPv4
4 valeurs comprises entre 0 et 255 séparées par un point : 172.20.1.32
Calculons le nombre d'appareils connectables :
@réseau et @machine
Une adresse IP se décompose en deux informations : L'adresse réseau et l'adresse machine. Il est
nécessaire de pouvoir distinguer le réseau destinataire de l'information et ensuite, une fois sur le bon
réseau, il faut identifier la machine destinatrice.
Classes
A
B
C
D
Net Id
Host Id
8 bits / 1 octet
24 bits / 3 octets
16 bits / 2 octets
16 bits / 2 octets
24 bits / 3 octets
8 bits / 1 octet
Adresse de diffusion (multicast)
Etendu de la plage.
Masque de réseau
De 1.x.x.x à 127.x.x.x
255.0.0.0
De 128.0.x.x à 191.255.x.x
255.255.0.0
De 192.0.0.x à 223.255.255.x
255.255.255.0
De 224.0.0.0 à 239.255.255.255
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S si
Communication de l’information : les réseaux
Classe A
0
0
Classe B
0
10
Classe C
0
110
Classe D
0
1110
Réseau
7 8
Cours
3
1
Hôte
1516
Réseau
Réseau
Adresse de diffusion
Hôte
3
1
2 24
3
3
1
Hôte
3
1
Masque réseau
Pour trouver l’adresse réseau, on fait un ET binaire entre l’adresse IP et le masque de sous réseaux.
Exemple : 132.90.114.1 (classe B) associé au masque de sous-réseau 255.255.0.0
Adresse : 132.90.114.1
Masque : 255.255.0.0
ET binaire :
s'écrit en binaire:
s'écrit en binaire:
10000100 . 01011010 . 01110010 . 00000001
11111111 . 11111111 . 00000000 . 00000000
------------------------------------------------------------10000100 . 01011010 . 00000000 . 00000000
L'adresse du réseau est donc : 132.90.0.0
Pour trouver le numéro de machine on fait un ET binaire entre l'adresse IP et le masque de réseau
inversé (NON binaire)
Adresse : 132.90.114.1
Masque inversé : 0.0.255.255
ET binaire :
s'écrit en binaire:
s'écrit en binaire:
10000100 . 01011010 . 01110010 . 00000001
00000000 . 00000000 . 11111111 . 11111111
------------------------------------------------------------00000000 . 00000000. 01110010 . 00000001
Le numéro de poste est donc : 0.0.114.1
Adresses spécifiques.
Adresse réseau :
Lorsque l'on annule la partie host-id, c'est-à-dire lorsque l'on remplace les bits réservés aux machines du
réseau par des zéros (par exemple 194.28.12.0), on obtient ce que l'on appelle l'adresse réseau.
Cette adresse ne peut être attribuée à aucun des ordinateurs du réseau.
Adresse de broadcast :
Lorsque tous les bits de la partie host-id sont à 1, l'adresse obtenue est appelée l'adresse de diffusion(en
anglais broadcast). Il s'agit d'une adresse spécifique, permettant d'envoyer un message à toutes les
machines situées sur le réseau spécifié par le netID.
Cette adresse ne peut être attribuée à aucun des ordinateurs du réseau.
Adresse de loopback :
L'adresse 127.0.0.1 est appelée adresse de " rebouclage " et permet de tester en local la pile TCP/IP.
Pour vérifier si une carte réseau fonctionne, il suffit d'effectuer un ping sur cette adresse de loopback, si les
paquets sont bien reçus, alors la carte réseau fonctionne.
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S si
Communication de l’information : les réseaux
Cours
7- Le protocole TCP
TCP est un protocole orienté connexion, c'est-à-dire qu'il permet à deux machines qui communiquent de
contrôler l'état de la transmission.
Les caractéristiques principales du protocole TCP sont les suivantes:
- remettre en ordre les datagrammes en provenance du protocole IP
- vérifier le flux de données afin d'éviter une saturation du réseau
- formater les données en segments de longueur variable
afin de les mettre au protocole IP
- effectuer l’initialisation et la fermeture d'une connexion
La machine émettrice (celle qui demande la connexion) est
appelée client, tandis que la machine réceptrice est appelée
serveur. On dit qu'on est alors dans un environnement
Client/Serveur.
Les machines dans un tel environnement communiquent en
full-duplex, c'est-à-dire que la communication se fait dans les
deux sens.
8- Le protocole DHCP (Dynamic Host Configuration protocol)
Il permet d’allouer dynamiquement des adresses IP aux machines
qui se connectent au réseau. Le but étant de simplifier
l’administration réseau.
Un serveur DHCP ayant une adresse fixe va distribuer les adresses
IP aux machines effectuant une requête DHCP.
9- DNS
Grâce au système DNS (Domain Name System), il est possible d'associer des
noms en langage courant aux adresses numériques.
Le nom de domaine identifie une organisation sur internet.
L'ensemble des domaines de l'internet est représenté par une arborescence :
Tout en haut de cette
arborescence,
l'entrée
dénotée par un simple
point ("."), correspond à
la racine (root domain). Sous la racine, on trouve les
domaines de 1er niveau (Top Level Domains - TLD)
étiquetés com, edu, gov, etc et des codes d'états ou
de pays normalisés sur 2 lettres (par exemple fr pour
la France).
.
gov
com
fr
de
edu
ac-Versailles
lyc-ferry
Exemple :
http://www.lyc-ferry-versailles.ac-versailles.fr
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Communication de l’information
Transmission des données
Cours
1- Les modes de transmission
Pour une transmission donnée sur une voie de communication entre deux machines la
communication peut s'effectuer de différentes manières. La transmission est caractérisée
par:
 le sens des échanges
 le mode de transmission: il s'agit du nombre de bits envoyés simultanément
 la synchronisation: il s'agit de la synchronisation entre émetteur et récepteur
 la vitesse de transmission en bit/s
2- Liaisons simplex, half-duplex et full-duplex
Selon le sens des échanges, on distingue 3 modes de transmission :

La liaison simplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un
seul sens, c'est-à-dire de l'émetteur vers le récepteur. Ce genre de liaison est utile
lorsque les données n'ont pas besoin de circuler dans les deux sens (par exemple de
votre ordinateur vers l'imprimante ou de la souris vers l'ordinateur...).

La liaison half-duplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans
un sens ou l'autre, mais pas les deux simultanément. Ainsi, avec ce genre de liaison
chaque extrémité de la liaison émet à son tour.

La liaison full-duplex (appelée aussi duplex intégral) caractérise une liaison dans
laquelle les données circulent de façon bidirectionnelle et simultanément. Ainsi, chaque
extrémité de la ligne peut émettre et recevoir en même temps.
3- Transmission série et parallèle
Le mode de transmission désigne le nombre d'unités élémentaires d'informations (bits)
pouvant être simultanément transmis par le canal de communication. Un processeur (unité
de traitement de l’information) ne traite jamais un seul bit à la fois, il permet généralement
d'en traiter plusieurs (8 bits, soit un octet mais aussi 16 bits, 32 bits ou 64 bits), c'est la raison
pour laquelle la liaison de base sur un ordinateur est une liaison parallèle.
a) Liaison parallèle
On désigne par liaison parallèle la
transmission simultanée de N bits. Ces
bits sont envoyés simultanément
sur N voies différentes (une voie étant
par exemple un fil, un câble ou tout
autre support physique). Les câbles
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Communication de l’information
Transmission des données
Cours
parallèles sont composés de plusieurs fils en nappe.
b) Liaison série
Dans une liaison en série, les données sont envoyées bit par bit sur la voie de transmission.
Toutefois, étant donné que la plupart des processeurs traitent les informations de façon
parallèle, il s'agit de transformer
des données arrivant de façon
parallèle en données en série au
niveau
de
l'émetteur,
et
inversement
au
niveau
du
récepteur.
Ces opérations sont réalisées grâce à un contrôleur de communication Le contrôleur de
communication fonctionne de la façon suivante :
La transformation parallèle-série se fait grâce à
un registre de décalage. Le registre de décalage
permet, grâce à une horloge, de décaler le
registre (l'ensemble des données présentes en
parallèle) d'une position à gauche, puis d'émettre
le bit de poids fort (celui le plus à gauche) et
ainsi de suite :
La transformation série-parallèle se fait de la même façon, grâce au registre de décalage.
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Communication de l’information
Transmission des données
Cours
4- Transmission synchrone et asynchrone
Sur une liaison série, puisqu'un seul fil transporte l'information, il existe un problème de
synchronisation entre l'émetteur et le récepteur, c'est-à-dire que le récepteur ne peut pas a
priori distinguer les caractères (ou même de manière plus générale les séquences de bits)
car les bits sont envoyés successivement. Il existe donc deux types de transmission
permettant de remédier à ce problème :
La liaison asynchrone, dans laquelle chaque caractère est émis de façon irrégulière dans
le temps (par exemple un utilisateur envoyant en temps réel des caractères saisis au
clavier). Ainsi, imaginons qu'un seul bit soit transmis pendant une longue période de
silence... le récepteur ne pourrait savoir s'il s'agit de 00010000, ou 10000000 ou encore
00000100... Afin de remédier à ce problème, chaque caractère est précédé d'une information
indiquant le début de la transmission du caractère (l'information de début d'émission est
appelée bit START) et terminé par l'envoi d'une information de fin de transmission
(appelée bit STOP, il peut éventuellement y avoir plusieurs bits STOP). Il existe à l'émission
et à la réception deux horloges qui doivent fonctionner à la même fréquence. Par contre, ces
fréquences peuvent différer de quelques pour cent et, surtout, les horloges n'ont pas besoin
d'être synchronisées
La liaison synchrone, dans laquelle émetteur et récepteur sont cadencés à la même
horloge. Le récepteur reçoit de façon continue (même lorsque aucun bit n'est transmis) les
informations au rythme où l'émetteur les envoie. C'est pourquoi il est nécessaire qu'émetteur
et récepteur soient cadencés à la même vitesse. De plus, des informations supplémentaires
sont insérées afin de garantir l'absence d'erreurs lors de la transmission.
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Communication de l’information
Transmission des données
Cours
5- Définition d’une trame
Une trame est délimitée par un début et une fin, c'est-à-dire des signaux spécifiques qui
permettent de déterminer à quel moment elle commence et à quel moment elle finit.
Des protocoles définissent le format des trames en fonction du type de communication.
a) Format d’une trame d’un bus de terrain
Les bus de terrains sont utilisés lorsque l’on a
des messages courts à transmettre et que l’on
souhaite des temps de réaction courts et une
grande fiabilité.
Exemples : les différents capteurs d’une
voiture sont reliés en bus de terrain
Format des trames :
Le protocole est basé sur le principe de
diffusion générale : aucun organe n’est
adressé, par contre, chaque message envoyé
sur le bus est clairement explicité, le ou les organes décident de l’ignorer ou non.
-
SOF : Start Of Frame, début de transmission sur 1 bit
Identificateur : indique l’émetteur de la trame
RTR : indique s’il s’agit d’une trame de données ou d’une demande de message
Champ de contrôle : indique la longueur de la donnée
Champ de sécurité : permet de détecter une erreur dans la transmission
ACK : acknowledge (envoyé par le récepteur)
Champ de fin : signale la fin de la transmission.
Avantages :
Facile à câbler
Très peu sensible aux perturbations
Grande longueur de fils permis
Inconvénients :
Débit moyen et qui diminue très fortement
avec l’allongement des lignes
b) Format d’une trame Ethernet
Le protocole Ethernet est utilisé entre des systèmes
possédant une carte réseau (adresse MAC). Les messages
transmis par Ethernet sont appelés des trames.
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Communication de l’information
Transmission des données
Cours
Préambule (8 octets)
Annonce le début de la trame et permet la synchronisation.
Adresse destination (6 octets)
Adresse physique de la carte Ethernet destinataire de la trame. On représente une
adresse Ethernet comme une suite de 6 octets en hexadécimal séparés pas des « : ».
Exemple : 08 :00 :27 :5c :10 :0a
Adresse source (6 octets)
Adresse physique de la carte Ethernet émettrice de la trame.
Ether type ou type de trame (2 octets)
Indique quel protocole est concerné par le message.
Exemples :
0x0800 : IP (Internet Protocol)
0x86DD : IPv6
0x0806 : ARP (Address Resolution Protocol)
0x8035: RARP (Reverse ARP)
A savoir : « 0x » signifie que les valeurs qui suivent sont en hexadécimal, on peut aussi
utiliser le symbole « $ » avant les valeurs
Données (46 à 1500 octets)
Sur la station destinataire de la trame, ces octets seront communiqués à l’entité
(protocole) indiqué par le champ « Ether type ». Notons que la taille minimale des
données est 46 octets. Des octets à 0, dits de « bourrage », sont utilisés pour
compléter des données dont la taille est inférieure à 46 octets.
CRC (Cyclic Redundancy Code)
Champs de contrôle de la redondance cyclique. Permet de s’assurer que la trame a
été correctement transmise et que les données peuvent donc être délivrées au
protocole destinataire.
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Codage de l’information
SYNTHESE
I. Les codes
(Décimal)10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
(Binaire)2
0 0000
0 0001
0 0010
0 0011
0 0100
0 0101
0 0110
0 0111
0 1000
0 1001
0 1010
0 1011
0 1100
0 1101
0 1110
0 1111
(Octal)8
00
01
02
03
04
05
06
07
10
11
12
13
14
15
16
17
II. Les conversions
(Hexadécimal)16
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
0A
0B
0C
0D
0E
0F
Décimal Codé Binaire
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
0000 0100
0000 0101
0000 0110
0000 0111
0000 1000
0000 1001
0001 0000
0001 0001
0001 0010
0001 0011
0001 0100
0001 0101
Décimal ------------------------->binaire
Binaire ------------------------->décimal
Décimal ------------------------->hexadécimal
Binaire ------------------------->hexadécimal
Séparer par 4
puis voir tableau
Hexadécimal ------------------------->binaire
Séparer chaque
lettre puis voir
tableau
Hexadécimal ------------------------->décimal