Agrégation externe SII - 2026 - Option SII et ingénierie mécanique - Épreuve de modélisation

Agrégation concours externe 

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur 
Épreuve d'admissibilité 
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique

Support : Robot de nettoyage de carène

Contexte

Dans les ports de plaisance, les coques de bateau se salissent. Un biofilm se crée progressivement avant l’apparition des premières algues. En quelques mois d'immersion, selon les conditions climatiques et la qualité de l'eau, le coefficient de glissement de la coque d’un bateau dans l’eau diminue de 10 à 15%. Il en résulte, pour les bateaux à moteur, une augmentation importante de la consommation de carburant et une perte non négligeable de performance dans le cas des voiliers.

Pour nettoyer la coque des bateaux, une solution retenue est la mise en carène annuelle. Le bateau est sorti de l’eau, la coque et la quille sont nettoyées sous haute pression d’eau. Une couche d’antifouling est ensuite appliquée sur la coque propre afin de retarder son encrassement, juste avant la remise à l’eau. Cette opération est longue et coûteuse.

La société H est née de ce constat et a créé le premier robot sous-marin (Figure 1) permettant le nettoyage à flot des coques de bateaux à voile ou à moteur, quelles que soient leur dimension et leur configuration. Destiné aux professionnels de la plaisance, le robot de carène permet l’entretien régulier des coques à matrices dures ou semi-dures des bateaux de plaisance. Il permet de détacher les impuretés par une action mécanique de brossage assurée par des brosses rotatives.

L’entretien à flot proposé par la société H est une solution innovante qui répond aux réglementations issues du Grenelle de la Mer et ayant abouti au dépôt de plusieurs brevets. Il ne détériore pas la coque ni son revêtement, et les impuretés détachées sont récupérées, afin de ne pas polluer le milieu, grâce à un filtre intégré au robot. Celui-ci fonctionne sans produit de nettoyage. Le robot de carène représente ainsi une solution facile, rapide et efficace qui répond aux attentes environnementales des capitaineries, aux organismes de gestion des ports et de l’environnement.

Fonctionnement du robot nettoyeur de carène

Pour que l’entretien de la coque du bateau puisse se faire à partir du quai ou du pont, le robot a été conçu pour être facile à transporter, à mettre en œuvre et à utiliser. Une interface Homme-Machine permet de le piloter et il est alimenté grâce à un cordon et un boîtier d’alimentation (Figure 2).

Le robot est plaqué sur la coque du bateau par un phénomène d’aspiration. Ce phénomène est créé par la rotation des brosses et d’une hélice centrale (utilisée également pour assurer une circulation d’eau permettant de recueillir les impuretés détachées de la coque).

La ligne d’eau est nettoyée grâce à une brosse frontale. Ainsi, dans les zones où le robot rencontre des changements d’orientation de la coque (notamment vers la quille et les virures), la brosse frontale est mise en contact avec le bateau (Figure 3). Cette fonction permet un nettoyage efficace de la ligne de flottaison et des zones concaves.

Le déplacement du robot est assuré par quatre roues entraînées par une courroie. Le brossage est réalisé par une brosse frontale et deux brosses ventrales souples qui doivent assurer un nettoyage efficace sans détériorer la coque ou le revêtement antifouling (Figure 4).

Pilotage du robot

La console de pilotage ou Interface Homme-Machine (IHM) est dotée d’un écran de visualisation. Deux caméras montées sur le robot à l’avant et à l’arrière, assistées d’un éclairage (deux spots LED), permettent à l’utilisateur d’observer la position du robot et de vérifier son efficacité´ en action.

Les boutons permettent de diriger le robot pour se déplacer sur les formes des coques les plus complexes.

Les principales commandes à disposition du pilote permettent de :

• faire monter/descendre le robot le long de la coque du bateau ;
• déplacer le robot vers la gauche et la droite de la coque du bateau ;
• faire tourner le robot sur lui-même ;
• immobiliser le robot ;
• actionner la rotation de l’hélice centrale ;
• mettre en rotation la brosse frontale.

Sujet de l'étude  

L’étude proposée se décompose en trois parties indépendantes :

• Partie 1 : Étude de la flottaison du robot et de son placage sur la coque.
• Partie 2 : Étude de l’asservissement en vitesse des mouvements du robot sur une coque immergée.
• Partie 3 : Étude du carter du robot.