Sciences de l'Ingénieur - Bac 2025
Métropole - Session normale
Epreuve du 15 juin 2025
Consigne officielle
Le candidat traite les exercices proposés.
Exercice 1
Enonce
Étude d'un véhicule autonome - Perception et décision
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour traiter un exercice sur les véhicules autonomes en Sciences de l'Ingénieur, il faut adopter une démarche systémique. Commencez par analyser le besoin et les fonctions principales du système (percevoir, décider, agir). Identifiez ensuite les sous-systèmes correspondants : la perception (capteurs), le traitement (intelligence artificielle) et l'action (actionneurs). Pour chaque partie, détaillez les technologies utilisées, leurs principes de fonctionnement, leurs avantages et leurs limites. Reliez systématiquement les choix technologiques aux contraintes de sécurité et de fiabilité. Argumentez vos réponses en expliquant le 'pourquoi' des solutions retenues, en comparant éventuellement différentes technologies. Enfin, adoptez une vision critique en évoquant les défis éthiques et techniques restants.
Points cles
- 1La perception multi-capteurs : Un véhicule autonome utilise une fusion de capteurs (lidar, radar, caméras, ultrasons) pour créer une représentation fidèle de son environnement. Chaque technologie compense les faiblesses des autres (ex : le lidar est précis en 3D mais sensible aux intempéries, le radar fonctionne par tous temps mais a une basse résolution). Cette redondance est cruciale pour la sécurité.
- 2Le rôle central de l'intelligence artificielle : L'IA, via des algorithmes de deep learning (réseaux de neurones convolutifs), traite les données des capteurs pour réaliser des tâches complexes : détection d'objets, classification (piéton, véhicule), prédiction de trajectoire. L'apprentissage se fait sur d'immenses bases de données d'images et de scénarios de conduite.
- 3La chaîne de décision et de contrôle : Après la perception, le système de décision (planificateur de trajectoire) utilise un modèle du monde et les règles de conduite pour générer une trajectoire sûre et confortable. Le contrôleur (asservissements) commande ensuite les actionneurs (direction, frein, accélérateur) pour suivre cette trajectoire.
- 4Les impératifs de sécurité et de sûreté de fonctionnement (SdF) : La sécurité est l'aspect primordial. Elle repose sur des architectures matérielles et logicielles redondantes, des systèmes de diagnostic permanents (capteurs de santé) et des modes dégradés. La notion de 'safety bag' (système de surveillance indépendant pouvant reprendre le contrôle) est essentielle.
- 5Les défis éthiques et de validation : Au-delà de la technique, le véhicule autonome pose des questions éthiques (dilemme du tramway) et réglementaires. La validation et la certification de ces systèmes complexes, devant faire face à une infinité de scénarios, constituent un défi majeur pour leur déploiement à grande échelle.
Exercice 2
Enonce
Analyse d'une imprimante 3D industrielle
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour analyser une imprimante 3D industrielle, il faut adopter une démarche structurée en trois temps. Premièrement, identifier le contexte et les besoins industriels (prototypage rapide, pièces fonctionnelles, petites séries) pour comprendre les exigences spécifiques. Deuxièmement, analyser les caractéristiques techniques de l'imprimante en lien avec les notions du programme : le principe de fabrication additive (dépôt de matière couche par couche), les matériaux compatibles (plastiques, résines, métaux) et leurs propriétés, et les paramètres influençant la précision (résolution, vitesse, température). Troisièmement, évaluer les performances et les limites de la technologie en réalisant des comparaisons avec les procédés de fabrication soustractive ou par enlèvement de matière. Il est essentiel de relier systématiquement les caractéristiques techniques aux avantages et inconvénients pour l'application industrielle visée, en utilisant un vocabulaire précis et technique.
Points cles
- 1Principe de la Fabrication Additive (FA) : Contrairement aux méthodes soustractives, la FA construit la pièce par ajout successif de couches de matière à partir d'un modèle numérique 3D (fichier CAO). Les principales technologies pour l'industriel sont le FDM (dépôt de filament fondu), la stéréolithographie (SLA - résine durcie par laser) et le frittage laser (SLS - poudre). Chaque technologie a ses spécificités en termes de matériaux, de précision et de coût.
- 2Choix et Propriétés des Matériaux : Les matériaux déterminent les caractéristiques mécaniques, thermiques et chimiques de la pièce finale. Pour les imprimantes industrielles, on utilise des polymères techniques (ABS, PLA, Nylon, ULTEM), des résines photopolymères, et des métaux (aciers, alliages de titane, aluminium). Il faut analyser la résistance mécanique, la température de transition vitreuse, la tenue aux UV ou aux produits chimiques en fonction de l'application.
- 3Paramètres Influençant la Précision et la Fidélité Dimensionnelle : La précision dépend de nombreux paramètres : l'épaisseur de couche (résolution Z), le diamètre de la buse (FDM), la puissance et la focalisation du laser (SLA/SLS), les retraits et déformations lors du refroidissement, et la stabilité mécanique de la machine. Une analyse fine doit porter sur les tolérances dimensionnelles réalisables et les défauts potentiels (warpping, cordage).
- 4Avantages et Limites pour l'Industrie : Les avantages majeurs sont la réduction des délais de prototypage, la possibilité de géométries complexes (cavités internes, structures alvéolées), la personnalisation et l'optimisation topologique. Les limites incluent le coût élevé des machines et matériaux industriels, la vitesse de production limitée pour les grandes séries, les contraintes sur les propriétés mécaniques (anisotropie) et la finition de surface souvent requérant des post-traitements.
- 5Intégration dans le Processus Industriel : L'analyse doit situer l'imprimante dans la chaîne de production. Cela implique de considérer les logiciels de tranchage (slicing), la préparation des fichiers, les post-traitements nécessaires (support, ponçage, traitement thermique), le contrôle qualité (métrologie 3D) et l'impact sur la conception (Design for Additive Manufacturing - DfAM) qui libère des contraintes des procédés traditionnels.
Exercice 3
Enonce
Système de gestion intelligente de l'énergie
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour traiter un exercice sur la gestion intelligente de l'énergie, il faut adopter une démarche systémique. Commencez par analyser le contexte et les besoins (consommation, production, stockage). Identifiez ensuite les composants du système (capteurs IoT, actionneurs, unité de contrôle, réseau de communication). Définissez clairement les objectifs d'optimisation (réduction des coûts, stabilité du réseau, intégration des énergies renouvelables). Modélisez les flux d'énergie et d'information. Enfin, évaluez les performances du système proposé et discutez ses limites. Cette approche structurée permet de couvrir les aspects techniques, économiques et environnementaux attendus dans un sujet de baccalauréat SI.
Points cles
- 1Définition du Smart Grid : Réseau électrique intelligent qui utilise les technologies numériques pour surveiller, analyser, contrôler et communiquer afin d'améliorer l'efficacité, la fiabilité et la durabilité de la production et de la distribution d'électricité. Il intègre les producteurs décentralisés (panneaux solaires, éoliennes) et permet une gestion bidirectionnelle des flux.
- 2Rôle de l'IoT (Internet des Objets) : Les capteurs et actionneurs connectés (compteurs intelligents, capteurs de température, interrupteurs pilotés) collectent des données en temps réel (consommation, production, état du réseau) et les transmettent à une plateforme centrale via des protocoles de communication (LoRaWAN, Zigbee). Ces données sont essentielles pour l'analyse et la prise de décision automatisée.
- 3Stratégies d'optimisation : L'optimisation vise à équilibrer en temps réel l'offre et la demande d'énergie. Cela passe par le lissage des pointes de consommation (effacement diffus), l'activation de moyens de production de réserve, le stockage/déstockage (batteries, véhicules électriques en V2G) et la tarification dynamique incitant les usagers à déplacer leur consommation.
- 4Architecture du système de gestion : Elle se compose généralement de trois couches : la couche physique (capteurs, actionneurs, réseaux de distribution), la couche de communication (réseaux filaires et sans fil pour la remontée des données) et la couche de contrôle/prise de décision (logiciels d'analyse, algorithmes de prédiction et de commande, interface utilisateur).
- 5Enjeux et bénéfices : Les principaux enjeux sont la sécurité des données, l'interopérabilité des systèmes et la robustesse du réseau. Les bénéfices attendus sont une meilleure intégration des énergies renouvelables intermittentes, une réduction des pertes sur le réseau, une participation active du consommateur (consomm'acteur) et une augmentation de la résilience face aux pannes.
