Collège Saint Benoit Maupertuis Le Mans, Sarthe (72) 3ème Découverte Professionnelle

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1 Collège Saint Benoit Maupertuis Le Mans, Sarthe (72) 3ème Découverte Professionnelle

2 Dans beaucoup d objets qui nous entourent on retrouve de la mécanique. C est ainsi que nous avons choisi d étudier le train. Qu est qu un train? C est un convoi de chemin de fer en ordre de marche constitué par un ou plusieurs engins moteurs (locomotrice, automotrices, etc ) remorquant ou non un ou plusieurs véhicules (wagons). (Larousse) Nous ne verrons que quelques éléments du train qui est un produit trop complexe pour pouvoir être détaillé (un cahier des charges de TGV comprend environ pages).

3 1. Production d un train (les infrastructures, les wagons, les îlots communicants) 2. Une machine à Commande Numérique et le bogie 3. Les métiers 4. Le défi relevé : la mobilité 5. L évolution dans 50 ans.

4 Les rails de chemin de fer sont en acier, généralement de l acier au manganèse. Cela permet au rail d être stable à température ambiante. La résistance à la déformation et aux chocs est très importante. On peut facilement souder des rails entre eux. Voir : Soudeur La mécanique intervient quand on doit mettre les rails aux bonnes dimensions grâce à des disques à tronçonner Pour faire la maintenance des rails, il y a des trains qui parcourent le réseau en permanence pour rectifier les rails et assurer la sécurité des voyageurs en gardant le profil des rails. En effet, les rails sous l effet de la vitesse du train peuvent se déplacer de quelques centimètres, c est ainsi que l on doit replacer les rails en gare s ils se rapprochent trop des quais. Voir : Mécatronicien

5 Pour fabriquer des wagons, il faut de la tôle qui peut être produite dans une aciérie. Celles-ci peuvent mesurer jusqu à 5m de large et 35 m de long (laminoir de Dunkerque, Dillinger France). Elles peuvent être découpées par oxydécoupage automatisé. Pour la fabrication de la caisse, il faut des poinçonneuses pour le chargement des tôles, des presse-plieuses pour le pliage, le soudage et le contrôle qualité. Une presse-plieuse est une machine-outil utilisée en chaudronnerie et métallerie pour plier la tôle. Voir : Ebavureuroutilleur Voir : Mécanicien- Outilleur

6 La fermeture des portes de wagons des îlots de distribution est assurée grâce à l actions de vérins pneumatiques. Un bogie (ou boggie) est un chariot situé sous un véhicule ferroviaire, sur lequel sont fixés les essieux (et donc les roues). Il est mobile par rapport au châssis du véhicule (locomotive, wagon ou voiture) et destiné à s'orienter convenablement dans les courbes. Les bogies ont des roulements en métal très résistants à la chaleur et qui ne s usent pas trop vite car un train est fabriqué pour 40 ans environ.

7 Il existe des engrenages dans les trains qui peuvent être associés à des capteurs. Ils peuvent aussi réduire ou augmenter une vitesse de rotation. L engrenage sert à transmettre un mouvement de rotation par obstacles avec changement de ses caractéristiques. Il est constitué de deux roues dentées en contact. La plus petite s appelle le pignon et la plus grande est la roue. Nous utilisons en général les engrenages pour transmettre un mouvement et une puissance mécanique. Pour fabriquer des engrenages, il faut tailler la matière (acier, bronze, fonte, etc ) c est donc une pièce mécanique. Vidéo sur l usinage d engrenages (cliquer)

8 Source :PMA Le Mans Les machines tridimensionnelles permettent de contrôler l usure des rails, les dimensions de la traverse et la présence des attaches (Localisation des défauts avec envoi de la position GPS). Une machine à commande numérique est pilotée par une programmation de commande numérique (CN). Pour la réalisation d une pièce, on doit d abord faire de la CAO (Conception Assistée par Ordinateur), les fichiers seront alors en 3D et la machine va les lire, c est alors de la FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur). Voir : Opérateur CN

9 On peut réaliser du tournage, c est l outil qui est fixe et la pièce qui tourne comme pour faire un pied de chaise. On peut faire aussi du fraisage, c est l outil (fraise) qui tourne et la pièce qui est fixe comme la fraise du dentiste. Arbre (tournage) Tulipe (fraisage) Lorsque l opération se déroule, il y a un mélange d huile (10 % ) et d eau (90%) qui refroidit l ensemble outil-pièce pour des raisons de sécurité et pour éviter la surchauffe de l outil (risque de détérioration). Par usinage on peut fabriquer des pièces telles que des transmissions, des arbres, des tulipes, etc...

10 Source : SNCF Crédit photo : C.BAMAS Création en 3D en informatique puis réalisation par usinage des pièces en acier. Conception Modélisation en 3D du bogie Machine à Commande Numérique (PMA-Le Mans) Bogie réalisé Voir Ingénieur en mécanique

11 3. LES MÉTIERS - Ingénieur en mécanique - Ebavureur-meuleur - Mécanicien-Outilleur - Soudeur - Opérateur sur machine à commande numérique - Mécatronicien

12 Activité : Concevoir du matériel destiné à la mécanique de précision Participer à la fabrication et au contrôle qualité Méthodes et fabrication : déterminer les moyens nécessaires à la production. Choix des machines et des outillages pour l opération à exécuter. Formation : Diplôme d école d ingénieurs Bac +5 Recrutement par concours pour certaines écoles (Enseam, ENI, Insa et école centrales de Paris) Les diplômes universitaires de niveau bac + 5 sont aussi appréciés par les entreprises. Bien que n'ayant pas le titre d'ingénieur, les titulaires d'un master peuvent occuper des fonctions équivalentes en recherche appliquée, étudesdéveloppement ou méthodes-industrialisation.

13 Activité : Monter et régler les outils et abrasifs. Abraser la surface, en contrôler l état. Nettoyer la pièce. Formations : Diplôme de niveau CAP/BEP à Bac en mécanique, micromécanique, peinture industrielle.

14 Activité : Donner forme à la matière Fabriquer des outils Tester et entretenir les outils. Formations L accès au métier se fait avec un Bac pro minimum Bac pro technicien outilleur, technicien modeleur Bac Techno STI2D (développement durable) Mention complémentaire maquette et prototypes. Certificats de qualification professionnelle fraiseur, outilleur mouliste, modeleur, outilleur en emboutissage

15 Activité : Etudier le plan pour assembler les pièces selon le bon procédé. Choisir le procédé (soudage à l'arc électrique, soudage semi-automatique...). Contrôler la qualité Formations : CAP serrurier métallier, réalisation en chaudronnerie industrielle Bacs pro technicien en chaudronnerie industrielle, technicien outilleur Mention complémentaire soudage

16 Activité : Fabriquer par usinage c est-à-dire enlèvement de matière Lancer et gérer la production après avoir programmer la machine Contrôler et corriger. Formations : Bac pro pilotage des systèmes de production automatisée, productique mécanique Bac +2 :BTS industrialisation des produits mécaniques

17 Activité : Un métier à géométrie variable : il conçoit des systèmes «intelligents» avec 3 technologies : l électronique pour la commande, l informatique industrielle pour les logiciels de contrôle et la mécanique pour la transmission du mouvement Maintenance des systèmes Formations : L'industrie recrute des techniciens (bac + 3) et des ingénieurs (bac + 5). Les stages et les spécialisations sont des atouts, ainsi que la maîtrise de l'anglais. Licence mention sciences pour l'ingénieur, électrotechnique, électronique, automatique ou mécanique, avec un parcours en lien avec la mécatronique Licence pro sciences pour l'ingénieur mention automatique et informatique industrielle ; conception mécanique et développement ; électricité et électronique ; maintenance des systèmes pluritechniques ou réseaux et télécommunications, avec un parcours en mécatronique Diplôme d'ingénieur orienté mécanique ou mécatronique Master mécatronique ; recherche en automatique et robotique

18 Le trajet : On peut faire de très longue distance qui peuvent se compter en milliers de kilomètres ce qui fait du train un moyen de transport écologique. En effet, chaque jour trains circulent en France et ils peuvent transporter de 50 à 1300 passagers. La vitesse : Actuellement le record sur rail est de 574 km/h et est détenu par le TGV. La mécanique intervient dans la conception et la réalisation des trains : le choix des matériaux, la mise en forme de ceux-ci et donc les professionnels font que les trains permettent de se déplacer sur de longues distances en toute sécurité. La sécurité existe au niveau des rails qui sont dotés de capteurs pour le freinage d urgence mais aussi pour les aiguillages. Après un défi sur la mobilité, le train doit répondre maintenant à un défi sur l écologie, avec notamment une dépense en énergie qui doit diminuer. Afin d optimiser la capacité des trains, il y a des compteurs de voyageurs sur certains trains. Plus il y a de voyageurs, plus le train est lourd, plus les distances de freinage peuvent être importante. Il faut anticiper tout cela.

19 Capacité voyageurs La vitesse du train pourrait être multipliée par deux donc il roulerait alors à la vitesse du son 340 m/s soit 1224 km/h. La vitesse Pour atteindre cette vitesse, il faudra travailler sur l ergonomie du train. Le choix des matériaux sera prépondérant : plus légers avec des matériaux composites (la SNCF teste actuellement quelques éléments en composite), plus malléable pour facilité la fabrication. Les trains peuvent être plus longs pour transporter plus de voyageurs, il faudra alors fabriquer de nouvelles machines capables de produire des éléments de construction d un train plus long ou bien trouver de nouveaux assemblages plus sûrs encore car la sécurité est très importante dans un train. L énergie Il y aura aussi un enjeu sur l énergie : il pourrait y avoir des trains hybrides qui combineraient l électricité et le diesel. Sur les toits, on pourrait mettre des panneaux solaires photovoltaïques pour avoir une énergie propre et installer aussi des pompes à chaleur pour la climatisation. On peut réduire les déchets des toilettes en installant des mini stations d épuration dans les trains (c est une recherche actuellement en cours).

20 Cette étude a permis de mettre en évidence la présence de la mécanique pour la fabrication d un train mais cette présence est valable dans de nombreux objets dès qu il y a transformation de matière (formage) et notamment enlèvement du métal (usinage, soudage )

21 Site Internet : www. Lesmetiers.net Photos : SNCF PMA (Le Mans) lors de la visite de l entreprise