Modèle de concours de recrutement des techniciens spécialisés — ONEE — Électromécanique — QCM 11 à 30 et partie 2

Ce modèle est l'épreuve d'électromécanique, niveau technicien spécialisé, d'un concours de recrutement de l'ONEE (autre session, année non indiquée sur les pages disponibles). Le scan commence à la page 3 : les pages 1 et 2 (page de garde et questions 1 à 10) manquent. On dispose des questions 11 à 30 du QCM, à 2,5 points chacune, et de la Partie 2 (/25 pts), composée de trois questions rédactionnelles. Voici une correction proposée de ces pages.

💡 Méthode : chaque question du QCM vaut 2,5 points, autant qu'un calcul. Ne perdez pas de temps sur une question de cours : répondez, puis gardez du temps pour la Partie 2, qui vaut 25 points à elle seule.

Partie 1 — QCM (questions 11 à 30)

11) Équation de la sortie F — F = X̄·Z̄ + Y·Z + Ȳ·Z̄.
On suit les points de connexion sur les huit lignes (X, X̄, Y, Ȳ, W, W̄, Z, Z̄) :
• porte ET du haut : X̄ et Z̄ → X̄·Z̄ ;
• porte ET du milieu : Y et Z → Y·Z ;
• porte ET du bas : Ȳ et Z̄ → Ȳ·Z̄.
La porte OU les additionne : c'est la deuxième proposition. W n'est relié à aucune porte.

12) Applications typiques du moteur série — domaine de traction (réponse probable ; la manutention-levage est aussi admissible).
Le moteur série a un très fort couple au démarrage (T ≈ kI²) et sa vitesse s'adapte d'elle-même à la charge. On l'emploie donc en traction électrique (tramways, locomotives, chariots) et en levage (treuils, ponts roulants). Il est exclu en production d'énergie, et il ne doit jamais tourner à vide (risque d'emballement). Si une seule case est attendue, cochez « traction ».

13) Variation de vitesse d'un moteur DC à aimants permanents — par action sur la tension.
n ≈ (U − RI)/(kΦ). Avec des aimants, le flux Φ est fixe : le seul réglage possible est la tension d'induit U, fournie par un hacheur ou un redresseur commandé.

14) Dispositif créant un champ magnétique tournant — bobine en mouvement rotatif parcourue par un courant continu.
Une bobine alimentée en continu crée un champ fixe par rapport à elle. Si on la fait tourner, ce champ tourne avec elle : c'est le principe de la roue polaire d'un alternateur. Une bobine fixe en monophasé ne crée qu'un champ pulsant, et une bobine fixe en continu un champ fixe. L'autre moyen classique, trois bobines fixes alimentées en triphasé, ne figure pas parmi les propositions.

15) Alternateur hexapolaire, 60 Hz — 1 200 tr/min.
Hexapolaire = 6 pôles, donc p = 3 paires de pôles. n = 60·f/p = 60 × 60/3 = 1 200 tr/min.

16) Puissance réactive consommée à vide par le moteur asynchrone — pour produire un courant magnétisant.
Le moteur doit créer son champ tournant à travers l'entrefer. Ce courant magnétisant est presque en quadrature avec la tension : il consomme surtout de la puissance réactive, d'où un cos φ à vide faible. Les pertes Joule et les pertes fer sont, elles, des puissances actives.

17) Glissement d'un moteur asynchrone à l'arrêt — 1.
g = (n_s − n)/n_s ; à l'arrêt n = 0, donc g = n_s/n_s = 1. Le glissement vaut 0 au synchronisme, et il dépasse 1 quand le rotor est entraîné en sens inverse (freinage).

18) Convertisseur (C) entre le réseau triphasé et le moteur DC — redresseur commandé.
Il reçoit de l'alternatif (réseau) et fournit une tension continue U à l'induit. Cette tension est réglable par une consigne U_Réf, qui fixe l'angle d'amorçage des thyristors. Un redresseur non commandé donnerait une tension fixe. L'onduleur fait l'inverse (continu → alternatif), le cycloconvertisseur fait alternatif → alternatif.

19) Équation d'activation de l'étape n — X_n = (X_n−1·R_n + X_n)·X̄_n+1.
L'étape n s'active quand l'étape précédente est active et la réceptivité R_n vraie (X_n−1·R_n). Elle reste active grâce à l'auto-maintien X_n, et elle se désactive quand l'étape suivante devient active (·X̄_n+1). C'est la deuxième proposition.

20) Le schéma représente — réponse probable : un procédé de régulation de température.
La vapeur traverse un serpentin plongé dans le liquide. La vanne #1, placée sur la vapeur, dose l'énergie apportée, et un capteur de température mesure le liquide : c'est la boucle de température. Les détecteurs de niveau haut et bas, le détecteur de température élevée et le capteur de pression sont des sécurités ou des mesures annexes. La vanne #2 sert au remplissage.

21) Symbole FCV 1 — réponse probable : une vanne de régulation.
FCV signifie Flow Control Valve, vanne de régulation de débit. Le dessin détaille sa constitution : un corps de vanne, un servomoteur pneumatique à membrane (le dôme) et un positionneur (le petit boîtier relié au signal). L'ensemble est la vanne de régulation, et l'étiquette FCV désigne cet ensemble. Si le jury vise la tête de commande seule, la deuxième proposition décrit l'actionneur.

22) Régler la vitesse de sortie du vérin 2A — un limiteur de débit unidirectionnel.
L'appareil placé sur la conduite côté tige comporte un étrangleur réglable (la flèche oblique) et, en parallèle, un clapet anti-retour (la bille). Il freine l'huile qui sort du vérin pendant la sortie de tige (réglage « à l'échappement »), et la laisse passer librement dans l'autre sens. On règle ainsi une seule vitesse, celle de sortie.

23) Outil de manutention représenté — le transpalette.
Fourches basses, timon avec poignée et pompe hydraulique, roue directrice : transpalette manuel, pour déplacer les palettes.

24) Appareil représenté — comparateur.
Cadran gradué avec aiguille, et touche palpeuse sur une tige coulissante. Il mesure de petits déplacements, au centième de millimètre, et sert à contrôler le faux-rond ou l'alignement.

25) Changement d'un roulement tous les cinq ans — maintenance systématique.
L'intervention se fait selon un échéancier fixe, quel que soit l'état du roulement : c'est une maintenance préventive systématique. Une maintenance conditionnelle se déclencherait sur une mesure, et une maintenance corrective ou curative après une défaillance.

26) Ajustement Ø112 H8/f8 — l'ajustement sera avec jeu.
Alésage : 112,000 à 112,054 mm. Arbre : 111,910 à 111,964 mm.
Jeu maximal = 54 − (−90) = 144 µm ; jeu minimal = 0 − (−36) = 36 µm.
Le jeu minimal est positif : l'arbre est toujours plus petit que l'alésage. C'est un ajustement avec jeu (glissant tournant).

27) Type de jeu illustré — réponse probable : jeu radial.
Les flèches verticales en bout d'arbre, et l'axe de l'arbre légèrement décalé par rapport à l'axe du moteur, montrent un déplacement perpendiculaire à l'axe. C'est le contrôle du jeu radial des paliers, effectué en soulevant le bout d'arbre et en mesurant au comparateur. Le dessin incline un peu l'axe, ce qui peut évoquer un défaut angulaire. Mais la mesure indiquée par les flèches est bien radiale.

28) Type d'accouplement — accouplement Oldham.
Deux moyeux rainurés et un disque central portant deux tenons perpendiculaires, un sur chaque face. Ce montage compense un désalignement radial (parallèle) entre les deux arbres.

29) Système de transformation de mouvement — par came disque et galet.
Un disque de profil non circulaire (la came), calé sur l'arbre par une clavette, agit sur un galet de rayon R porté par un poussoir. La rotation continue de la came devient une translation alternative du poussoir.

30) Vitesse de sortie N₉ — 110 tr/min.
Chaîne cinématique lue sur le dessin : le pignon conique 1 (entrée) mène la roue conique 2 ; 2 et 3 sont sur le même arbre ; 3 mène 4 ; 4 et 5 sont sur le même arbre ; 5 mène 7 par l'intermédiaire de la roue 6, montée seule sur son axe (roue intermédiaire ou « folle ») ; 7 et 8 sont sur le même arbre ; 8 mène 9 (sortie).
N₉ = N₁ × (Z1/Z2) × (Z3/Z4) × (Z5/Z6) × (Z6/Z7) × (Z8/Z9)
= 1500 × (32/40) × (18/72) × (22/30) × (17/34) (Z6 se simplifie)
= 1500 × 0,8 × 0,25 × 0,733 × 0,5 = 110 tr/min.
La roue intermédiaire 6 ne change pas le rapport : elle change seulement le sens de rotation.

Partie 2 (/25)

1) Critères de choix de la motorisation électrique (/10)

💡 Classez vos critères par familles plutôt que d'en faire une liste en vrac : le correcteur note l'organisation autant que le nombre de critères.

• Source d'énergie disponible : alternatif monophasé ou triphasé, ou continu ; tension et fréquence du réseau ; puissance disponible et courant de démarrage admissible.
• Caractéristiques de la charge entraînée : puissance utile, couple résistant (constant pour un levage ou un convoyeur, croissant avec la vitesse pour une pompe ou un ventilateur), couple de démarrage nécessaire, inertie à lancer.
• Vitesse : vitesse nominale, vitesse fixe ou variable, plage de variation, précision demandée (le servomoteur ou le moteur pas à pas servent au positionnement).
• Régime de fonctionnement : service continu ou intermittent (S1 à S9), nombre de démarrages par heure, freinage, inversion du sens de marche.
• Environnement : température, altitude, humidité, poussière, indice de protection IP, atmosphère explosive, conditions extérieures.
• Contraintes mécaniques : forme de construction et mode de fixation (à pattes, à bride), encombrement, masse, efforts sur l'arbre, niveau de bruit et de vibrations.
• Critères économiques : prix d'achat, rendement (classe d'efficacité énergétique), coût d'exploitation, coût et facilité de maintenance (le moteur asynchrone à cage est robuste et presque sans entretien ; le moteur à courant continu demande l'entretien des balais et du collecteur), disponibilité des pièces et normalisation.

Conclusion à retenir : le moteur asynchrone à cage associé à un variateur de fréquence couvre aujourd'hui la majorité des besoins industriels. Le moteur à courant continu, synchrone ou pas à pas, se choisit quand la charge l'exige (fort couple à basse vitesse, précision de positionnement, alimentation en continu).

2) Commande électronique des moteurs : avantages et inconvénients (/5)

3) Solutions de transmission de mouvement et exemples (/10)

💡 Pour chaque solution, donnez une ligne de caractéristiques et un exemple concret : c'est ce que demande l'énoncé.

• Accouplements (rigide, élastique, Oldham, à cardan) : transmettent la rotation entre deux arbres alignés ou presque alignés. Exemple : liaison moteur–pompe centrifuge (accouplement élastique), arbre de transmission d'un véhicule (cardan).
• Poulies et courroies (plates, trapézoïdales, crantées) : pour des entraxes importants, fonctionnement silencieux, amortissement des à-coups, rapport non garanti sauf avec une courroie crantée. Exemples : compresseur, ventilateur, convoyeur ; courroie crantée de distribution d'un moteur thermique.
• Pignons et chaîne : entraxe moyen, rapport exact, efforts importants. Exemples : convoyeur à chaîne, bicyclette, moto.
• Engrenages cylindriques (droits ou hélicoïdaux) : arbres parallèles, rapport exact, bon rendement. Exemple : réducteur de vitesse d'un motoréducteur.
• Engrenages coniques : arbres concourants (renvoi d'angle). Exemples : différentiel de véhicule, perceuse à main.
• Roue et vis sans fin : arbres orthogonaux, grand rapport de réduction, souvent irréversible, rendement plus faible. Exemples : treuil, motorisation de portail, tête de vanne.
• Train épicycloïdal : grand rapport sous un faible encombrement, entrée et sortie coaxiales. Exemples : boîte de vitesses automatique, réducteur planétaire.
• Transformation rotation → translation : système vis–écrou ou vis à billes (déplacement d'une table de machine-outil, cric), pignon–crémaillère (direction automobile, portail coulissant), bielle–manivelle (compresseur à piston), came et poussoir (distribution d'un moteur thermique).
• Éléments associés : embrayages et limiteurs de couple (protéger la transmission), freins.