BTS Électrotechnique 2020 - Épreuve système industriel

BTS ÉLECTROTECHNIQUE SESSION 2020
Épreuve E.4.1 : Étude d’un système technique industriel
Pré-étude et modélisation Repère : 20 - EQPEM Page 1 sur 19
BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR
ÉLECTROTECHNIQUE
SESSION 2020
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ÉPREUVE E.4.1
Étude d’un système technique industriel
Pré-étude et modélisation
Durée : 4 heures – Coefficient : 3
Matériel autorisé
« L'usage de calculatrice avec mode examen actif est autorisé,
L'usage de calculatrice sans mémoire « type collège » est autorisé.».
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Le sujet comporte 19 pages numérotées de 1/19 à 19/19.
Les documents réponses (pages 17 et 18 et 19) sont à remettre avec la copie.
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Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction, en particulier pour les réponses
aux questions ne nécessitant pas de calcul.
Les notations du texte seront scrupuleusement respectées.

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Pré-étude et modélisation Repère : 20 - EQPEM Page 2 sur 19
PRÉSENTATION GÉNÉRALE
Nantes Métropole regroupe 24 communes dans le but de faciliter la coopération
intercommunale. Autorité organisatrice des services publics de l’eau potable et de
l’assainissement, opérateur direct de certaines infrastructures, la métropole intervient à toutes
les étapes du grand cycle de l’eau.
Le système d’approvisionnement en eau potable de Nantes Métropole est constitué d’une
ressource protégée et surveillée (la Loire et sa nappe alluviale) et d’une possibilité de
secours par importation pour une partie de son territoire.
Prélèvement : 3 prises
d’eau
• Mauves / Loire (Captage
principal)
• Usine de La Roche
(appoint)
• St-Félix (secours dans
l’Erdre)
Potabilisation
Usine de La Roche
Capacité nominale
160 000 m
3
/ jour
Stockage
25 réservoirs
Capacité totale
178 000 m
3
Distribution

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La première étape de la chaîne d’approvisionnement consiste à prélever de l’eau dans le
milieu naturel (Loire ou Erdre) via des prises d’eau constituées d’ouvrages de génie-civil
abritant des pompes de captage, dont la station de Mauves-sur-Loire.
Ces pompes ont pour rôle d’amener l’eau dite brute vers l’usine de La Roche, où elle est
traitée et rendue potable. Celle-ci permet en régime nominal la potabilisation de 160 000 m
3
d’eau par jour avant stockage dans 25 réservoirs d’une capacité totale de 178 000 m
3
. La
distribution vers les habitants est ensuite effectuée à travers un réseau fortement maillé de
3 199 km permettant à l’exploitant de multiples solutions alternatives pour garantir la
continuité du service.
La station de captage de Mauves sur Loire date de 1989. Un renouvellement de certains
équipements de l’installation est envisagé pour adapter la capacité de production à
l’augmentation du nombre d’usagers de la métropole nantaise à l’horizon 2030. L’amélioration
de la disponibilité des équipements ainsi que l’optimisation des consommations énergétiques
sont des objectifs importants pour réaliser ce projet.

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Enjeux et objectifs du sujet E4.1
L’enjeu pour l’autorité organisatrice des services publics de l’eau potable est d’augmenter la
capacité d’approvisionnement en eau des 24 communes de Nantes Métropole pour assurer le
fonctionnement à l’horizon 2030.
Objectif 2
Assurer la meilleure qualité de
l’énergie électrique pour
l’installation.
Objectif 1
Satisfaire la demande en eau
potable de Nantes Métropole à
l’horizon 2030.
E4.1 - Partie B
Le parc batteries actuel sera-t-il capable
d’assurer l’alimentation de l’automate et
des auxiliaires pendant une heure ?
E4.1 - Partie A
Faut-il ajouter une nouvelle pompe pour
fournir une production suffisante à l’horizon
2030 ?
E4.1 - Partie C
Peut-on améliorer la qualité de l’énergie et
faire des économies en modifiant le groupe
moteur-variateur ?

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Partie A : faut-il ajouter une quatrième pompe pour fournir une production
suffisante à l’horizon 2030 ?
La station de captage de Mauves sur Loire comporte trois unités de pompage. Chaque unité
comprend une tuyauterie d’aspiration avec sa vanne, une autre pour le refoulement avec sa
vanne et un « groupe électropompe » composé d’une pompe entrainée par un moteur alimenté
par son variateur permettant un débit variable.
Actuellement la production peut évoluer de 2 000 m
3
⋅h
-1
à 12 500 m
3
⋅h
-1
en fonction de la
demande de l’usine de traitement des eaux de la Roche. Une ou deux pompes sont alors en
production et la 3
ème
à l’arrêt. À pleine puissance, il y a toujours une pompe à l’arrêt pour
pouvoir remplacer une éventuelle pompe défaillante. C’est un principe de sureté de
fonctionnement imposé et nommé : « redondance n-1 ».
À l’horizon 2030, l’usine de pompage souhaite atteindre un débit maximum de 15 000 m
3
⋅h
-1
.
Nantes étant proche de l’océan Atlantique, les marées modifient le niveau de la Loire en
fonction de l’heure et de leur coefficient. La station est prévue pour fonctionner avec une
hauteur de la Loire  comprise entre -0,3 m et +4,0 m par rapport au « niveau zéro »,
référence de l’Institut Géographique National.
Le profil de la conduite hydraulique qui relie l’aspiration au niveau de la Loire et le canal
d’amenée de l’usine de traitement de La Roche est le suivant :
Figure 1 : profil de la conduite hydraulique
Vanne
Refoulement
Moteur
Vanne
Aspiration
14,5 km de conduite
Station de pompage
de Mauves
Arrivée Vasque
Usine La roche
Niveau de la LOIRE
Niveau zéro de référence
=
-
1
,
9 m
= + 6
,
45 m