Agrégation interne SII - 2020 - Option SII et ingénierie mécanique - Étude d'un système, d'un procédé ou d'une organisation

Agrégation concours interne

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

Support : Carter de compresseur

Présentation

Description du contexte global

Un industriel sous-traitant de l'industrie automobile a reçu de son donneur d'ordre une demande d'étude de faisabilité. Celle-ci porte sur la production en série du carter en aluminium de l'étage de compression d'un corps de turbocompresseur pour véhicule particulier. Les turbocompresseurs sont des turbines actionnées par les gaz d'échappement qui servent à suralimenter les moteurs en air pour obtenir plus de puissance. L'ensemble du turbo est un élément essentiel permettant d'augmenter de manière significative le rendement d'un moteur à explosion et par là de réduire les consommations en carburant. Il permet virtuellement d'agrandir la cylindrée du moteur et sa maîtrise technologique est une des conditions qui ont permis la généralisation du downsizing ¹ des moteurs depuis une quinzaine d'années. Sa conception et sa réalisation doivent être particulièrement suivies afin de répondre aux exigences environnementales tout au long de la vie du moteur et du véhicule équipé. Les figures d'illustration ci-dessous permettent de disposer d'un aperçu de deux modèles de turbos.

¹ Downsizing : terme utilisé en mécanique automobile pour désigner un ensemble de procédés visant à réduire la cylindrée d'un moteur sans en dégrader la puissance finale et à améliorer le ratio puissance/litre pour en diminuer les émissions toxiques (source Wikipedia).

La figure 1 représente un turbocompresseur assemblé en coupe partielle. La turbine « échappement » de droite récupère une partie de l'énergie des gaz de combustion en entraînant la turbine de compression. Sur la figure 2, le carter en aluminium semblable à celui présenté dans cette étude supporte la turbine de compression ; celle-ci aspire l'air « frais » pour l'envoyer en surpression vers le moteur, ce qui en augmente significativement le rendement. La pièce étudiée dans la suite de l'étude est moulée en aluminium. Il s'agit de la partie « froide » qui assure la compression de l'air alimentant les cylindres. De ses qualités de conception et d'élaboration dépendent une partie du rendement du moteur sur lequel ce turbo est monté. Le procédé d'élaboration du brut de fonderie est du type « coulée-basculée », qui associe un moule permanent à un mouvement destiné à limiter les turbulences lors de la coulée de l'alliage. Les commandes représentent une campagne de 200 000 pièces annuelles sur 4 ans.

L'entreprise a conçu et fabriqué le système appelé bâti de « coulée-basculée » (figure 3), sur lequel sont montés deux outillages (moules).

Étude proposée :

Le sujet comporte 6 parties distinctes :

Les parties et les questions dans chaque partie peuvent être traitées souvent de façon indépendante.

1re partie : Fonctionnement global du process.
2e partie : Étude du processus de fonderie.
3e partie : Productivité / Contrôle / Fabrication.
4e partie : Analyse du mécanisme de fermeture du moule.
5e partie : Étude de résistance mécanique d’une liaison.
6e partie : Commande du mouvement de basculement du bâti de coulée.