Université Claude Bernard Lyon 1

(1)

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Université Claude Bernard Lyon

1

c.c,:::;:'Cé

Direction des ressources humaines

Service: Formation continue des personnels et concours

CONCOURS ITRF

-

SESSION 2005

CONCOURS EXTERNE

TECHNICIEN de Recherche et Formation BAP C

Technicien d'instrumentation scientifique, d'expérimentation et de mesure

EPREUVE ECRITE

***

3 HEURES

***

COEFFICIENT 3

Ce cahier comporte 21 pages (y compris la page de garde). Veuillez le vérifier avant le début de l'épreuve.

RESERVE NOM PATRONYMIQUE

NOM MARITAL

ANONYMAT PRENOMS

L'usage de la calculatrice est autorisé

Suivi de votre candidature par internet http://www.education.gouv.fr/personnel/itrf ATTENTION:

L'anonymat doit être respecté tout au long du devoir sous peine de nullité de l'épreuve.

On évitera, en particulier, toute indication ou patronymique et tout signe ou signature qui permettraient l'identification du candidat.

~ SIEGE : Université Claude Bemard Lyon 1 - 43, Boulevard du 11 Novembre 1918 - 69 622 Villeurbanne Cedex, Franœ, N. éducation nationale: 069 1774 D; n. SIRET: 19691774400019; code APE : 92,15; code NAF: 803 Z

TP L VON 10071 69000 00001004330 72

htto://www,univ-lvon1,fr; téléphone: 04 72 44 80 00 ; télécopie: 047243 1238

~;4~i .;;;,;,~~~f::~ :"~.:;,c::;:: 1

(2)

'- ~

. . 'i". Pagel

;' ?};:

!BASES THEORIOUES GENERALESI 10 PTI 0 uRI

Question 1 : Donner la signification de l'acronyme L.A.S.E.R?

1 1

Question 2: Donner les.propriétés remarquables du rayonnement laser?

1 1

Question 3 : Citer au moins 4 types de laser?

La lumière laser, malgré ses remarquables qualités, présente certains dangers qu'il faut connaître.

Question 4 : Donner les principaux dangers que peut occasionner les l.asers et les mesures de protection appropriée?

Au niveau international, un maximum d'exposition permis (MEP) qui correspond à l'éclairement maximum que peut recevoir la cornée, a été défini. L'éclairement étant le

,

~,J_-~~~

(3)

...,. Ot;Il.;.,t

. :~;;'1:{ Page 2

quotient de la puissance reçue par l'aire de la surface éclairée, l'unité d'éclairement est le Watt par m2 (W.m-2). La valeur du maximum d'exposition permis n'est pas unique (Tableau ]) car les différentes longueurs d'onde ne sont pas toutes absorbées de la même manière par l' œil.

Laser Milieu Longueur d'onde MEP

Hélium-Néon Gaz 632.8 nm 17 ^1.1W ^.cm-Jo

2.5 mW. cm-Jo *

Argon ionisé Gaz 514 nm 11.1W. cm-Jo

Nd :YAG Solide 1.0641.1m 1.6mW. cm-Jo

Dioxyde de carbone Gaz 10.6 I.1m 100mW. cm-Jo

Tableau]. Valeurs du maximum d'exposition permis pour quelques-uns des lasers les plus courants. * En tenant compte du réflexe de clignement de l' œil.

Ouestion 5 : Connaissant les dangers des lasers, est-ce qu'un laser Hélium-Néon de 5 m West dangereux (voir cadre ci-dessous) ?

Sachant que celui-ci émet un faisceau lumineux de longueur d'onde de 632,8 nm et de divergence 0.8 mrad :

1. La fi e suivante re résente le cône d'émission du laser.

Laser

~ .

d=2m

A. Quel éclairement (En W. cm- ) produirait-il sur la cornée d'un observateur qui serait situé à 2 m du laser dans l'axe du faisceau? (On donne l'éclairement, E = PIS)

B. Ce laser est il dangereux? Argumenter.

(4)

-

.. ~ - . ..

.

^Page³

.

MECANIQUE DES FLUIDES ET THERMIQUE

Exercice 1 : (Mécanique des fluides

-

hydraulique)

Pe

J ^P _s

Q Lt

e+ De .Ds

..

Ss ..

S _e

On considère une conduite cylindrique de diamètre d'entrée De alimentée par un débit d'eau

Qe.

Données.. De= 0.5 rn ; Ds= 0.25 rn ; Qe= 140 rn3.h-1 ;

Les questions 1 à 5 sont indépendantes.

Question 1 : Si le débit d'entrée est Qe que vaut la vitesse débitante (en rn.s-l) dans la section d'entrée Se, de diamètre De, de la conduite?

Question 2 : Quelle est la vitesse débitante (en rn.s-l) dans la section de sortie Ss , de diamètre Ds , de la conduite?

.

/

~ ~.;;,:; '.

(5)

.'. .". ~É~;;' ^" ! -'

.

^{Page 4}

Ouestion 3 : Que vaut le débit massique dans la section de sortie Ss , de diamètre Ds , de la conduite?

Question 4 : Comparer les pressions statiques P e et P ⁵prises respectivement à la paroi de la conduite de diamètre De et de la conduite de diamètre Ds.

1 1

Question 5 : Pourquoi faut-il éviter les changements de sections brusques sur un circuit d'alimentation en fluide?

1 1

Exercice 2 : (Mécanique des fluides

-

hydrostatique)

On considère un récipient cylindrique de hauteur h dont le fond a une section S. Le récipient contient de l'eau jusqu'au % de sa hauteur et de l'huile d'olive dans le quart restant.

Données: S = 0.6 m2; h = 1 m ;

Ph = 800 kg.m-3 (masse volumique de l'huile d'olive) Ouestion 1 : déterminer la pression p qui s'exerce sur le fond du récipient.

Question 2 : En déduire la force résultante qui s'exerce sur le fond du récipient.

-~

(6)

,..

~ - -- - - Page 5

Exercice 3 : (Thermique)

Dans un calorimètre (de valeur en eau égale à /.le) contenant une masse d'eau me à la température initiale d'équilibre 8j, on plonge une masse de cuivre mcu prise dans une étuve à maintenue à la température 8cu.

La température d'équilibre de l'ensemble se stabilise alors à la température 8éq.

Données : ~e

=

50 g (valeur en eau du calorimètre⁾ ^"'

me = 200 g (masse d'eau) ~:1

JI

mcu = 100 g (masse du cuivre) ^;

\

8j

=

18°C (température initiale de l'eau et du calorimètre) ",

8cu = 60°C (température de l'étuve, température initiale du cuivre) .

8éq = 19.5°C (température d'équilibre de l'ensemble) ]

Ce = 4180 J.kg-1 .K-1 (chaleur massique de l'eau) ^~

Question 1 : Quelle est l'énergie gagnée par le calorimètre et l'eau qu'il contient?

(Réponses littérale et numérique)

;

;~

~

Question 2 : Quelle est l'énergie cédée par le cuivre?

(Réponse littérale, on notera Ccu la capacité massique du cuivre)

1

¹

Question 3 : Déterminer la capacité massique Ccu du cuivre.

(Réponses littérale et numérique)

,: . ¹

~

,è;"_i~'!.T;::.;~~~;;~~:';i~L"",

(7)

-

,-. -

. .

^Page⁶

!cHIMIE!

Exercice 1 :

On veut préparer une solution de soude- On dispose sur la paillasse:

-

d'un flacon d'hydroxyde de sodium en pastille: masse molaire: 40 g.mol-l

'.!;f~'\';

,~c

"r:-':$I_'

~.~ .'

-

_?c'

-

d'un flacon d'hydroxyde d'aluminium en poudre masse: molaire: 78 g.mol-l

- d'un flacon de chlorure de sodium masse en poudre en poudre: molaire: 58,44 g.mol-l - d'un flacon d'h droxyde d'ammonium en solution: masse molaire: 35,04 g.mol-l

:~~~j.

~.~ '.'

-

d'un flacon de chlorure d'aluminium en poudre: masse molaire: 133,34 g.mol-l :,!yt

,.,

-

Question 1 : Quelles précautions doit-on prendre pour manipuler la soude?

Question 2: Quelle masse de soude solide doit-on peser pour obtenir 50 mL d'une solution de soude de concentration 1 mol.L-l ?

a) A quel produit correspond la soude?

1 1

b) Ecrire les formules littérales

1 1

c) Effectuer les calculs si on suppose que la masse molaire du composé est 80 g.mol-l

Ci

r

;'c6'k"~~c~~~---~- ,--~

(8)

. .

^Page⁷

Question 3 : Quel récipient, utilisable dans une salle de TP de chimie, doit-on utiliser pour préparer cette solution de 50 mL ?

1 1

Question 4 : Décrire la façon de réaliser cette solution de 50 mL de soude de concentration 1 mol.L -1,

Question 5 : La mise en solution de ce soluté dans ce solvant produit-elle un effet particulier?

Si oui, Lequel?

1 1

Exercice 2 :

Question 1 : A l'aide de quel appareil détermine t-on le caractère acido-basique d'une solution aqueuse?

1 1

Question 2 : Que doit-on faire obligatoirement pour obtenir des mesures précises et fiables?

1 1

Question 3 : Faire un schéma annoté du montage utilisé pour réaliser un titrage de l'acide éthanoïque par de la soude en précisant le nom de chaque élément utilisé du dispositif et la localisation des 2 réactifs.

,~.. ':i~o::",~i,:,-,:;~,- - --'

(9)

.

..

_.

Page 8

iBIOLOGIEI

Question 1 : Retrouver la définition biologique de chacun des mots suivants' ORGANISME - ORGANE - ORGANITE

Groupe de tissu remplissant une fonction particulière

Elément cellulaire différencié remplissant une fonction cellulaire particulière

Etre vivant constituant une unité fonctionnelle

Question 2 : Donner la définition de chacun des mots suivants:

CROISSANCE ¹

DEVELOPPEMENT

CARYOTYPE

SEQUENCE DE NUCLEOTIDES

Question 3 : Différencier ces deux cellules

B.f" ~~~ j

"'/"4:,..,,,,- r"-""'10'~

~r'""iJ

J ,-~. fi

:~~,c ~ ~~~,,~.

~t'{~~"",,'~~i*

'(~\ ~

,

^~

^,

,7èi\l: ""% ~-;""*~~'~,~~

~,.",^~

~ t.

"""'-,,." ,^~b~ ^""

~ c, "'è"""

c~ 'c..,~.,c~,!.o;"

Cellule 1 :

.

Type de ces 2 cellules:

Caractéristiques: Caractéristiques:

Existe t-il un autre e de cellule? Le uel? Donnez un exem le

\ l

,', J

(10)

,---

..

.

^Page⁹

!BASES THEORIOUES et PRATIOUESI t!ECHNIOUES de MESURES PHYSIQUE si

On a analysé un matériau semi-cristallin par diffraction des rayons X. Tandis que l'on projette un faisceau de rayons X sur la surface plane de l'échantillon, on se déplace autour de celui-ci avec un détecteur qui mesure l'intensité des rayons X diffractés par le matériau. On a obtenu une série de points de mesure présentés dans le tableau suivant.

X 12.0 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 Suite...

y 195 202 210 226 249 299 396 515 591 650

~

X 13 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 Suite...

Y781.1 940 1006 950 816 713 747 932 1245 1663

~

X 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 15 Y 2032 2080 1721 1200 812 621 535 490 460 430 404 Question 1 : Inscrivez sur le graphique suivant les échelles. Reportez-y ensuite les 31 points

de mesure.

\

-- - --

(11)

-

.. Page 10

Question 2 : Après avoir tracé à main levée la courbe passant par ces points, combien voyez- vous de « pics » ?

1 1

Question 3 : Pour chacun de ces pics, remplissez une ligne du tableau suivant, même s'il reste des lignes vides.

Reportez-y la position X du centre du pic. On estimera qu'elle coïncide avec celle de son sommet. Ensuite, indiquez la hauteur estimée entre sa base et son maximum. Pour l'estimation de la surface, on considérera que les pics sont des triangles. L'unité choisie n'a pas d'importance. Enfin, indiquez quelle est la largeur du pic à sa mi-hauteur.

Valeur X du sommet Hauteur maximale Surface Largeur à mi-hauteur

Question 4: Quelles sont quelques-unes des précautions majeures qu'il faut prendre avant de manipuler des rayons X ?

- -~ 1 '

(12)

~ Page Il

!BASESPARTIOUEsJ MECANIOUFJ Question 1 : Métrologie

Veuillez préciser les diverses tolérances ci-dessous pour chacun des groupes:

.1..

Cî larit~ CylindriiCite Profil Profi1 Ce

Rectitude Plané,lé rcu d'une ligne d'une surface 1

CJ 0 0

^r"'\

^~

Parallélisme Inclînaison

Il

^':1

1

Concentricité . " . --~ I- jj- '.

& ooaxialïtê Symeme '-"'-G Isa on

tr;\ L~

~ ^~-=- ^W-

c "., ré

1 1

Battement Battement ~

simple total ~

/ //

, _{Cc C'} ".c.. 'c. d",

1 1

Hng6

" _"

"

c" .".

1 l

',~~' , Ccccc.,;:,,'-"'o";, =~",;;,-,C'",CC;';""C';'iCc"

1

(13)

'J"':\'~ .."-

.

.. "'. --" 0" -. Page 12

Ouestion 2 : On se propose d'étudier un outil coupant "'-'OC Identifier les éléments importants d'un outil coupant:

1

2 1 :

2: ^.

3 : 4:

3

4 5:

5

La géométrie de l'outil coupant est définie en fonction de sa situation dans l'espace

Deux repères 1. Géométrie sont utilisés: de l'outil en travail i;^' Elle dépend des conditions cinématiques de travail.

2. Géométrie de l'outil en main

Les conditions de travail sont supposées mais non réelles.

Cette géométrie est utilisée pour la mise en oeuvre de l'affûtage.

Seule cette géométrie sera étudiée ici.

Ouestion 3 : Défmition géométrique

Les définitions géométriques établies ici s'appliquent à l'outil de base.

Donner les éléments caractéristiques:

M V f

Pf, Pr, Ps, Divers plans Pb

;,""

/C

,;;,..

(14)

~~"c

~~~~,:.'.""l"

.

^...

^~~;:'C

^y "o"c. -, ""

.

"::::~:~4~~!~~~~ Page 13

Question 4 . Ordre de définition des plans et vecteurs

Pour pouvoir étudier les caractéristiques de l'outil en main (dessins ci-dessous), il faut au préalable les avoir définis dans le tableau ci-après:

/,..., ."

o~

.~,..

, /...

,

,:,,:,.

4

~-

,Cf"

1 2 3 4 5

1

J

(15)

';: ^' - .

.. ;~-. - Page 14

IELECTRONIQUEI Exercice 1 : Utilisation d'un circuit timer de précision NE 555.

Il est recommandé de se reporter aux annexes explicatives du circuit NE555 pour mener à bien cet exercice.

Voici le montage électronique utilisé sur la figure suivante.

Vcc= 12V

(5) (8)

R CONT Vcc

(4) RESET

( DISCH

~:

THRES OUT (3) Sortie

TRIG V

è--;;;':"c-::-.c GND s

"c;~

cC;;;;

^c

^(~

F/g. 1 : montage à base de NE 555.

Question 1 : Quel est le nom du montage figure 1 ? ou du mode d'utilisation, du circuit représenté ^' sur la

, 1

Question 2 : Sachant que RI = R2 = 7,2 kQ et que C = 100 nF, Calculer la durée du niveau haut en sortie (tH), la durée du niveau bas en sortie (tB)

1 1

Question 3 : En déduire la période (T) et la fréquence (f) du signal périodique en sortie ainsi que le rapport cyclique (R%).

Il

(16)

c,."..è;è,~,:,:

. Page 15

Question 4 : Représentez en régime établi, sur les graphiques suivants, l'allure des signaux V s (tension en sortie) et V c (tension aux bornes de la capacité C), en respectant les niveaux de tensions et la base de temps.

V s (V)

12 ^_00_0

8'

4

0 ' 1

t

(tJs)

2501JS

Vc(V)

12 ^--,!--,

1 fI..

1

8 4

0

t

(tJs)

250~s

Question 5 : Quelle modification simple devriez-vous apportez à un composant du montage pour obtenir un rapport cyclique de 50% ?

l ' 1

Exercice 2 : Circuit à base d'amplificateur opérationnel Hypothèses:

-

L'amplificateur opérationnel est considéré comme idéal, c'est-à-dire que V+

(tension à l'entrée +) et V- (tension à l'entrée -) sont égales.

- Le gain de l' AOP GO est infini

-

Les courants en entrées et en sortie de l'AOP sont nuls.

Considérons le circuit suivant:

R R1

V1

1 V

² RJ

V

^S

!.:

Flg. 2 : montage à base d . AOP .

"'-- ~

(17)

! 'O"_-"" c'

. ^.c.

.

^{Page 16}

Question 1 : Déterminez V s en fonction de V 1 et V 2 ainsi que des résistances RI, R2, R3 et

~.

Question 2: Si l'on pose .& = ~, que devient l'expression précédente?

RI R3

1 1

Question 3 : Quel nom pouvez-vous donner à ce montage à base d'A OP ?

1 1

Exercice 4 : Amplificatem à transistor On considère le circuit amplificatem suivant:

Vcc= 12V

R1 a~

2 5kn "C

t

Va ~

J

14oa VE

Fig. 3 : montage à base de transistor.

Question 1 : Quel type de transistor est utilisé?

1 l '! .

.w;;;;:;1 ~!~~f~lr!' ' .; J

(18)

'~~-"':"'-~"

.

^Page¹⁷

Question 2 : Déterminez et calculez la tension continue V B.

Ci] ¹ ¹

!~ ~

Question 3 : Sachant que V BE=0,6V, calculez V E puis lE.

1 1

Question 4 : Le transistor est-il bloqué ou saturé?

1 1

Question 5 : En faisant l'approximation

Ic

^~lE et connaissant V CE sal = 0,1 V, calculez

Rc.

1 1

Cri~ ~

(19)

.

^{Page 18}

^,:jf

. -

/ANGLAIS!

Description 1 Ordering information

These devices are precision timing circuits capable of producing accurate time delays or oscillation. ln the time-delay or mono stable mode of operation, the timed interval is controlled by a single external resistor and capacitor network. ln the astable mode of operation, the frequency and duty cycle can be controlled independently with two external resistors and a single external capacitor.

The threshold and trigger levels normally are two-thirds and one-third, respectively, of V cc

.

These levels can be altered by use of the contrai-voltage terminal. When the trigger input falls below the trigger level, the flip-flop is set and the output goes high. If the trigger input is above the trigger level and the threshold input is above the threshold level, the flip-flop is reset and the output is low. The reset (RESE1) input can override all other inputs and can be used to initiate a new timing cycle. When RESET goes low, the flip-flop is reset and the output goes low. When the output is low, a low-impedance path is provided between discharge (DISCH) and ground.

The output circuit is capable of sinking or sourcing current up to 200 mA. Operation is specified for supplies of 5 V to 15 V. With a 5-V supply, output levels are compatible with TfL in uts.

Question 1 : Veuillez traduire en français le premier paragraphe de ce texte.

Question 2: D'après la description que vous avez pu lire, à quoi fait référence ce texte?

1 1

Question 3 : Répondez en anglais à la question suivante:

How can vau initiate a new timing cycle?

,

"

;

J.~;_t:::~,;[:;b;

(20)

- -

.

^{Page 19}

!ANNEXE si

NE555., SA555, SE555

PRECISION TIMERS

SLFSO22E

-

SEPTEMBER 1973- REVISED MARCH 2004

.

Timing From Microseconds to Hours NE555. . . D, P; PS. ORPW PACKAGE

. SA555 0 OR P PACKAGE

. Astable or Monostable Operatlon ^SE555. . . O. JG. OR P PACKAGE

. Adjustable Duty Cycle (TOPVlEW)

. TTL-Compatible Up To 200 mA Output Can Sink or Source TRIG 2 GN°

D

^{s Vcc}7 OISCH

descriptlon/ordering Information OUT 3 6 THRES

RESET 4 5 CONT These devices are precision timing circuits

capable of producing accurate time delays or SE555

. . .

FK PACKAGE

oscillation. ln the time-delay or monostable mode (TOP VlEW) of operation, the timed interval is controlled by a <J

~

<J <J single external resistor and capacitor network ln z ~

~ ~

^z

the astable mode of operation, the frequency and

duty cycle can be cantrolled independently with NC 4 3 2 1 20 1918 NC two extemal resistors and a single extemal TRrG 5 17 OISCH

capadtor. NC 6 16 NC

The threshold and trigger levels normally are OUT 7 15 THRES

NC 8 14 NC

twO-thirds and one-third, respectJvely, of Vcc. 9 10 11 12 13 These levels tan be altered by use of the

contrai-voltage t.erminal. When ~he tfi~ger input ~ tJ ^<J~ ^<J

falls below the trigger level, thefllp-fIpp IS set and m Z 0 Z the output gœs high. If the trigger input is above rx: <J the tfigger level and the threshold input is above NC

-

No internai connedion the threshold level. the flip-flOp is reset and

the output is Iow. The reset (RESET)input can override ail other inputs andcan be used to initiate a new1imîng cycle. When RESET goes low, the ftip-flpp is reset and the output goes IOw. When the output is low, a low-impedance path is provided between discharge (DISCH) and ground.

The output circuit is capable of sînking or sourcing current up ta 200 mA. Operation is specîfied for suppties of 5 V to 15 V. W,th a 5-V suppjy, output levels are compatible with m inputs.

functional block diagram

vcc RESET

8 com 4

THRES 6 3

OUT

TRiG 2

1 OISCH 1

GNO

Pin numbers shawn are for the D, JG. P. PS, and PW packages.

NOTEA: RESET can override TRlG, whîch can override THRES.

-- ,..

(21)

-

" .

.

^{Page 20}

V Astable operation

CC

(5Vto15V) As shown in Figure 12, adding a second resistor, Re, to the circuit of Figure 9 and connecting the trigger input to the threshold input causes the limer to self-trigger and run as a multivibrator. The capacitor C charges through RA and Re and

T then dis charges through Re only. Therefore, the dut Y cycle is

R -::- 5 8 controlled by the values of RA and Re.

A

CONT VCC This astable connection results in capacitor C charging and RESET discharging between the threshold-voltage level (",0.67 xVcc )

DJSCH and the trigger-voltage level (",0.33 xVcc ). As in the

monostable circuit, charge and discharge limes (and, 0 Output therefore, the frequency and duty cycle) are independent of

THRES the supply voltage.

k.1put TRJG

GND

"J;: ^1-::-

Pin nunmerssho'M) are for the D, JG, P, PS, and PW packages.

Figure 9. Circuit for Monostable Operation

Vcc R

(5Vt 15V) Re=3kQ See Figure 12

C-O.15nf 0.01 J!F

0_pen -x:

.",. ~

R (see Note A) 5 8 ~

CONT VCC .-

Rt ¹

RESET 8.

n""'^H ^S

...0: 3 :8

OUT Output >

RES tH

RlG tL

GND

C 1

- -

Pinnumbers shcy,.m are for the D, JG, P, PS. and PW packages. '.

NOTE A Decoupiing CONT voltage ta ground wîIh a capacitof tan improveOperation. This should be evaluated forînd"lvidual

aPl:!iî<:3tic)ns. rime - 0.5 ms/div

Figure 12. Circuit. for Astab.Je Operatlon Figure 13. Typlcal Astab.Je Waveforms Rgure 13 shows typical wavefom1S generated du ring astable operation. The outputhigh-ievei duration ~ ^and

low-levei duration tL can be calculated as follows:

~ -

0.693 (RA + RB) C 100k

tL = 0.693 (RB) C ~ 10 k

1

Other useful relationships are shawn below.

r

_1k

period

=

^{tH + tL}^:& 0.693 (RA + 2RB) C

f

frequency

-

^(RA~~B1:C

i

¹⁰⁰

t RB 12do

Output driver duty cycle

=

^t ⁺^{L t} ^:& ^{R + 2R} ^e ¹⁰

H LA B ~

-

Output wavefonTI duty cyde 1 RA ... 2 Ra

-

^{1 MC}}

tH RB 1

= to. + 1. - 1-R + 2R RA+2Ra=10Ml

H l A B 0.1

t RB 0.001 0.01. 0.1 1 10 100

h. h t. l

L.ow-tO- Ig ra 10

=

^~ = n +

.

ⁿ C - Cap8citance- IIF

tH ~A T ~B

Figure 14. Free-Runnlng Frequency

~~ ' -~ ~