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sections
les chaînes d'énergie et d'information
présentation
Les systèmes techniques peuvent être décrits sous forme de blocs fonctionnels permettant d'expliquer le chemin de l'énergie et ses transformations jusqu'à l'action finale attendue.
Pour décrire les systèmes automatisés on rajoute une série de blocs fonctionnels décrivant les flux d'informations entrants, sortants et internes permettant le contrôle de la chaîne d'énergie.
chaîne d'énergie
Elle est souvent composée des quatre blocs fonctionnels suivants :
Alimenter
Mise en forme de l'énergie externe pour qu'elle soit compatible avec son usage (l'action à produire) et donc avec la suite de la chaîne. Elle peut être assortie d'une fonction de stockage.
Distribuer
Distribution de l'énergie à un convertisseur, ou à un actionneur, éventuellement par le biais d'une transmission. Elle peut être régulée ou modulée par l'utilisateur directement, ou par des ordres provenant de la chaîne d'information.
Convertir
Conversion ou transformation de l'énergie de l'alimentation en une autre forme d'énergie nécessaire à l'action.
Transmettre
Transmission de mouvement et d'effort par un ensemble d'organes mécaniques ou de circuits ( fluides → tuyaux, lumière → réflecteurs, rotation → engrenages… ).
Exemple : pour un scooter
Le réservoir de carburant contient de l'essence, c'est à dire une source d'énergie fossile, ce qui rend le scooter autonome dans ses déplacements. En cours d'utilisation, cette énergie est distribuée au moteur par le carburateur qui mélange l'essence avec de l'air contenant le comburant oxygène. Le moteur transforme ce mélange en énergie thermique par une combustion, puis en énergie mécanique sous forme d'un mouvement de rotation. Cette énergie mécanique est transmise à la roue arrière grâce à une chaîne de transmission composée de plusieurs éléments : variateur, poulies, courroie.
Exemple : pour une lampe à manivelle
On tourne manuellement la manivelle : la source d'énergie est donc musculaire. L'énergie mécanique de rotation produite fait tourner des engrenages, augmentant ainsi la vitesse de rotation pour que la dynamo puisse convertir cette énergie mécanique en électricité. Cette énergie électrique est ensuite stockée dans une batterie pour être utilisée à la demande. Enfin une DEL transformera cette énergie électrique en lumière.
Certains détails ne figurent pas dans cette chaîne pour rester simple, comme le circuit électronique qui régule le chargement de la batterie, l'interrupteur de commande de la lumière et le réflecteur focalisant le rayon lumineux. Ces trois éléments jouent pourtant un rôle dans la chaîne d'énergie, mais auraient alourdi le schéma.
Méthode (exemple de la lampe précédente)
Comment définir précisément la chaîne d'énergie ?
- identifier la source d'énergie nécessaire au fonctionnement et l'action finale produite par l'objet (le début et la fin de la chaîne)
identifier le chemin de l'énergie dans l'objet au travers de différents composants (le chemin fléché rouge ci-contre correspond au chemin de l'énergie depuis la roue entraînée
par la manivelle jusqu'au fil électrique qui alimente la DEL)- identifier, pour chaque composant de l'objet, la forme de l'énergie en entrée et en sortie, afin de connaître l'action qu'il opère sur l'énergie (stocker, alimenter, distribuer, moduler, convertir, transmettre…)
- représenter enfin la chaîne d'énergie qui rassemble l'ensemble de ce flux d'énergie, depuis la source jusqu'au service rendu avec.
nature de l'information
L'information est nécessaire au fonctionnement d'un objet technique dès lors qu'il n'est plus un simple système manuel comme par exemple un outil basique (un marteau, un balai…) ou un vêtement, une chaise, une assiette, etc.
Les systèmes un peu plus complexes, ceux comportant un mécanisme ou un circuit, reçoivent et traitent ou interprètent des informations. Celles-ci peuvent être :
- des consignes de l'opérateur,
- des grandeurs physiques captées dans l'environnement,
- des comptes-rendus de la chaîne d'énergie associée,
- des informations en provenance d'autres systèmes.
Certains composants peuvent avoir un rôle ambigu dans un système.
Le fonctionnement d'une poignée de frein de vélo est plutôt simple. On tire dessus quand on veut diminuer sa vitesse, cela provoque le déplacement d'un câble qui actionne le frein au niveau de la roue.
Un composant comme la poignée de frein n'agit pas directement sur de l'énergie, mais sur de l'information : l'ordre du cycliste de freiner. Le frein sur la roue lui agit sur l'énergie. Il convertit une partie de l'énergie cinétique accumulée par l'ensemble cycliste+vélo (due à la vitesse) en énergie thermique (chaleur évacuée) pour diminuer cette énergie cinétique et ainsi ralentir.
La conversion est modulée proportionnellement à la pression exercée sur la poignée de frein. Cette pression constitue une information donnée par le cycliste à son vélo, on dit aussi une consigne utilisateur. Cependant, comme cette information n'est pas 'traitée' à proprement parler par le vélo, mais simplement récupérée et transmise, on emploie rarement le terme de 'chaîne d'information' dans ce cas. Si on devait représenter le système de freinage du vélo, cela pourrait ressembler au schéma suivant :
De la même manière, le guidon du vélo reçoit du cycliste une information : une indication d'orientation de la trajectoire du vélo. Cette information va modifier l'alignement de la roue avant qui, combinée à l'inclinaison latérale du vélo provoquée par le cycliste, permettra le changement de trajectoire de l'ensemble cycliste+vélo.
chaîne d'information
Elle est composée en général des trois blocs fonctionnels suivants :
Acquérir
Récupération d'informations par des capteurs. Ces informations proviennent de l'environnement (externes) et de la chaîne d'énergie (internes), ou correspondent à des consignes de l'utilisateur.
Traiter
C'est la partie commande assurée par un microcontrôleur, un microprocesseur voire un ordinateur entier.
Communiquer
Assurer l'interface avec l'environnement de la partie commande, et donner des ordres.
Exemple : pour un smartphone
On veut se servir d'un smartphone pour afficher une page de l'internet. Le téléphone reçoit une information de l'extérieur sous forme d'ondes électromagnétiques (ondes radio), par exemple d'un réseau wifi sur lequel on l'a connecté. Son antenne capte cette information et la transforme en une information de type électrique exploitable par le processeur du smartphone. Après traitement de cette information, le processeur renvoie à son tour de l'information à l'écran pour qu'il affiche la page web correspondant aux informations reçues de l'internet.
Cette chaîne a été simplifiée à l'extrème pour comprendre comment s'affiche une page web sur le smartphone. Elle n'intègre pas les nombreuses autres fonctions du smartphone dans le traitement de l'information. Les autres capteurs n'y figurent pas (dalle tactile sur l'écran, cellule photoélectrique, capteurs photo, microphone…) ainsi que les autres éléments de signalisation (retour haptique, haut-parleur, voyants…).
Exemple : pour un portique de détection d'objet métallique
La présence d'un objet métallique perturbe le champ magnétique présent dans le portique. Un capteur mesure cette perturbation. Il envoie une information au processeur, qui interprète le signal. Ce dernier envoie alors un signal au haut-parleur qui émet un son d'alerte.
Méthode (exemple du portique précédent)
Comment définir précisément la chaîne d'information ?
- identifier la nature de l'information captée dans l'environnement et la forme de communication destinée à l'utilisateur (le début et la fin de la chaîne)
- identifier le chemin de l'information dans l'objet au travers de différents composants (le chemin fléché rouge ci-contre correspond au chemin de l'information depuis le champ magnétique perturbé jusqu'au haut-parleur qui émet l'alarme sonore)
identifier, pour chaque composant de l'objet, la forme de l'information en entrée et en sortie, afin de connaître l'action qu'il opère sur l'information (acquérir, traiter, communiquer, transmettre…)- représenter enfin la chaîne d'information qui rassemble l'ensemble de ce flux d'information, depuis le signal initial jusqu'à sa forme finale.
interactions
Via un pupitre ou une interface homme-machine, le système communique des informations à l'opérateur et inversement. En outre, les deux chaînes communiquent entre elles, soit en fournissant des informations sur l'état du système, soit en donnant des ordres à exécuter.
