SVT, technologie, Brevet Métropole 09 /2018

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SVT.
Monsieur X souhaite débuter sérieusement la course à pieds pour réaliser une compétition. Il s'entraîne sur son tapis de course et mesure son rythme cardiaque à l'aide de capteurs.

Question 1. 7,5 points.
Indiquer les rythmes cardiaque au repos et après 3 minutes d'effort ( ce qui équivaut au temps de 5 minutes sur le graphique ).
70 battements par minute au repos et 180 battements par minute après 3 minutes d'effort.

Il augmente progressivement sa vitesse de course en surveillant son rythme cardiaque.

Question 2. 8,5 points.
Montrer que le rythme cardiaque atteint un maximum qui n'est pas dépassé même si la vitesse de course augmente encore.
Le rythme cardiaque croît de 90 à 180 battements / minute quand la vitesse de course augmente de 6 à 16 km / h.
Puis le rythme cardiaque reste égal à 180 battements / minute quand la vitesse de course augmente de 16 à 19 km /h.

Question 3 . 9 points.
Justifier l'intérêt qu'à Monsieur X à s'entraîner avant la compétition.
Tableau de trois caractéristiques médicales chez deux individus après quelques minutes de course sur tapis roulant à 16 km / h.

	Monsieur X	Personne entraînée
Rythme cardiaque	180	170
Volume de sang éjecté ( mL / battement)	110	160
Débit cardiaque ( L/minute)	19,8	27,2

Les muscles ont besoin de dioxygène et de glucose ( sucre), qui leurs sont apportés par le sang.
Plus le débit cardiaque est élevé plus l'apport de sang aux muscles est important.
L'entraînement augmente le débit cardiaque.

Technologie. 25 points.
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.
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.

Type de vérin	Intensité (A)	Tension ( V)	Masse maximale du bateau ( tonnes)	Temps de déplacement de la tige du vérin ( seconde)
Vérin électrique	0,08	12	9	8
Vérin hydraulique	0,04	12	11	6,9

Question 1 (4 points) À l’aide de la formule P = U x I et des données, 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.
P_électrique = 0,08 x12 = 0,96 W.
P_hydraulque = 0,04 x12 = 0,48 W.
Le vérin hydraulique consomme le moins d'énergie et possède le plus faible temps de réponse.

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.

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 rentrera de 300 mm.
Question 2 (6 points) À l’aide de la description d’un exemple de cycle de fonctionnement du pilote automatique, compléter la modélisation du programme suivant.

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.
Question 3 (7 points) 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 mile.

Afin de minimiser cet écart, les constructeurs ont conçu des pilotes automatiques plus perfectionnés, comme détaillés ci-dessous.
Question 4 (8 points) Nommer les capteurs mis en oeuvre dans le pilote perfectionné et qui permettent au calculateur de prendre en compte les phénomènes météorologiques. Argumenter la réponse.

Les mouvements propres du bateau sont pris en compte par un capteur magnétique.
La position du bateau est donnée par la puce GPS.
La girouette indique la position du vent.
L'anémomètre donne la vitesse du vent.