Concours CPGE 2026 - CCINP - Épreuve de Sciences Industrielles de l’Ingénieur - Filière TSI - Unité de traitement plasma robotisée

Présentation générale

Le système étudié est conçu et fabriqué par l’entreprise ISYTECH spécialisée dans le développement de solutions de traitement plasma. Le traitement plasma est une technique permettant d’obtenir un dépôt de matière en couche mince sur une surface afin de changer ses propriétés de porosité, d’adhérence, de dureté, etc.

Les applications sont multiples :

- préparation de surface et nettoyage avant collage ;

- peinture, métallisation ;

- soudure ;

- revêtement de surface en couches minces fonctionnelles.

Principe du dépôt plasma en couche mince

Les matériaux à traiter sont placés dans une chambre sous vide d’air appelée réacteur dans lequel on injecte un gaz à une pression comprise entre 0,01 et 1 mbar. La création d’un champ électrique provoque la décomposition partielle du gaz : c’est l’état de plasma.

Dans le cas présent, les gaz utilisés sont de l'acétylène et du r134A (tetrafluoréthane) afin d'obtenir un dépôt de carbone fluoré sur les parois des pièces à traiter. Le temps de traitement varie de quelques secondes à quelques minutes. Lors du traitement, une fine couche de quelques microns se dépose sur les surfaces. L'avantage principal du plasma à basse pression porte sur la quantité de gaz utilisée lors du traitement qui est très faible. Ceci rend cette technologie très intéressante sur le plan écologique par rapport à d’autres techniques nécessitant des bains chimiques.

Partie I - Détermination de la relation entre le déplacement du vérin et l’entraxe des bouteilles

Objectif : déterminer la relation entre le déplacement du vérin et l’entraxe de préhension

Partie II - Détermination de l’entraxe

Objectif : déterminer numériquement l’entraxe à partir de mesures sur le chariot de déplacement

Partie III - Alimentation du réacteur plasma

Objectif : étudier la chaîne de conversion de puissance utilisée pour alimenter le réacteur plasma

III.1 - Adapter la charge pour maximiser le transfert de puissance

Objectif : déterminer le principe d’ajustement des condensateurs de l’adaptation d’impédance

III.2 - Fonctionnement du générateur haute fréquence

Objectif : choisir le rapport de transformation du transformateur afin de transmettre la puissance nécessaire au réacteur plasma

Partie IV - Limites dynamiques du déplacement

Objectif : vérifier que les accélérations du robot n’entraînent pas une chute des bouteilles tenues par les ventouses

Partie V - Validation des contraintes sur l’axe linéaire

Objectif : vérifier que les effets dynamiques sur le pantographe n’engendrent pas d’efforts supérieurs à ceux préconisés par le constructeur de l’axe linéaire

Partie VI - Contrôle de la position de sortie du vérin pour adapter l’entraxe

Objectif : choisir le correcteur permettant au vérin de sortie du pantographe de suivre une loi de vitesse trapézoïdale

Partie VII - Validation des capacités du moteur d’axe linéaire

Objectif : choisir l’actionneur permettant de garantir la dynamique souhaitée pour le pantographe

Le sujet et le corrigé de cette épreuve sont également disponibles sur le site de l’UPSTI (Union des Professeurs de Sciences et Techniques Industrielles) :

https://www.upsti.fr/espace-etudiants/annales-de-concours