Épreuve d'admissibilité CAPET externe 2014 / session ... - Eduscol

C'est la fédération internationale de triathlon (en anglais : International ...... Ce message?RFID peut être transmis sur une liaison série (RS232) ou USB ou ...


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SUJET
LE DUATHLON
 HYPERLINK "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Olympic_pictogram_Athletics.png"  HYPERLINK "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Olympic_pictogram_Cycling_(road).png"  HYPERLINK "http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/85/Olympic_pictogram_Athletics.png" 


 Le duathlon est une activité sportive combinant une épreuve de course à pied suivie d’une épreuve de cyclisme puis d’une dernière manche de course à pied, le tout dans le même esprit que le triathlon. Les distances parcourues peuvent varier en fonction de l'âge et du niveau des participants ainsi que de l'organisateur de l'évènement. C'est la fédération internationale de triathlon (en anglais : International Triathlon Union ou ITU) qui gère ce sport au niveau international. Actuellement, le duathlon n'a pas encore été déclaré sport olympique, mais l’essor de ce sport étant grandissant d’année en année, il ne serait pas étonnant qu’il le devienne dans la prochaine décennie.
HYPERLINK "http://duathlondupilat.wifeo.com" Le 3 septembre 2011 s’est organisé le 1er duathlon du PILAT à Saint-Chamont, il s’agit d’un « duathlon courte distance » c'est-à-dire qu’il comportait environ 10 km de course à pied suivi de 30 km de vélo et enfin 5 km de course à pied. L’évènement a réuni environ 500 participants partagés en différentes catégories : Espoir (1990 à 1995) - Sénior (1972 à 1989) - Vétéran 1 (1961 à 1971) - Vétéran 2 (avant 1961). Dans chacune de ces catégories, les hommes et les femmes concourent séparément.
Pour qu’une épreuve de duathlon puisse exister, deux exigences principales (voir figure 1) doivent être satisfaites :
organiser l’évènement sportif ;
entraîner l’athlète à l’épreuve sportive.

Figure 1 : diagramme des exigences « système duathlon ».
Pour répondre aux exigences du système duathlon lors de la course, différentes données acquises au cours des différentes étapes doivent être collectées et enregistrées. Ces données seront ensuite traitées (voir figure 2) en fonction des cas d’utilisations du système par les acteurs (organisateur course, sportif et entraîneur).

Figure 2 : diagramme des cas d’utilisation « système duathlon ».


Les exigences du système duathlon énoncées précédemment dans la figure 1 sont donc :
Exigence 1: identifier et chronométrer
Pour obtenir les informations d’identification et de chronométrage des sportifs durant la course, un système RFID est mis en œuvre comprenant un badge (Tag RFID) placé au niveau des chaussures et un tapis de sol à l’endroit où doit être prise la mesure (voir description en annexe 1). Les détecteurs RFID sont placés au départ, à l’arrivée et aux deux étapes intermédiaires. La détection se fait uniquement durant la course à pied, au niveau de quatre tapis qui formeront quatre points de passage (départ, P1, P2, arrivée). Au niveau des tapis, la vitesse du coureur ne dépassera pas 20 km·h-1. Les détecteurs sont associés à des serveurs RFID lesquels communiquent avec des ordinateurs portables situés au départ et à l’arrivée de la course (voir figure 3).
 SHAPE \* MERGEFORMAT 
Figure 3 : trajet de la course et points de passage (départ, P1, P2, arrivée) et localisations des matériels.

Exigence 2 : analyser les performances en course
Analyser les performances en course en étudiant notamment les paramètres de temps, mais également d’efforts du sportif au cours de la course. Pour obtenir les informations mécaniques (puissance, couple, vitesse) lors de la course vélo, un système SRM est installé sur le vélo.
Exigence 3 : entrainer un sportif à la course à pied
Non étudié ici
Exigence 4 : entrainer un sportif au cyclisme
Entrainer un sportif au cyclisme en lui proposant un programme d’entrainement avec des parcours aux difficultés adaptées et ciblées et ceci tous les jours, quelles que soient les conditions climatiques extérieures. Une solution est d’associer son propre vélo à un home-trainer qui permet de simuler des parcours virtuels.

Trois problématiques liées aux exigences précédentes seront abordées dans ce sujet :
organiser l’évènement sportif ;
suivre les performances des cyclistes lors de la course ;
assurer l’entraînement des cyclistes.

1e PROBLÉMATIQUE : ORGANISER L’ÉVÉNEMENT SPORTIF

Objectif principal : améliorer la fiabilité du dispositif d’identification et de chronométrage des participants.

Un retour d’expérience à la suite d’une compétition sur l’utilisation du système décrit à l’exigence 1, a révélé des erreurs sur l’identification des participants (passage non détecté) et des imprécisions sur le chronométrage.
Pour remédier à ces dysfonctionnements inacceptables, cette partie propose de vérifier si les détecteurs RFID, le réseau de transmission de l’information et l’ensemble des protocoles utilisés permettent d’obtenir une identification fiable et un chronométrage avec une précision au dixième de seconde. Cette vérification nécessite d’analyser les différents flux d’information et d’identifier les machines concernées. Il faudra aussi s’assurer qu’il est peu probable que l’origine de ces défaillances soit liée à une malveillance provenant d’Internet.

Partie 1.1. : validation de la détection RFID
Objectif : analyser et valider la fiabilité du format des données de la couche application du système RFID.
Un descriptif du système RFID est donné en annexe 1.
Le système étudié utilise uniquement la liaison Ethernet TCP/IP du détecteur RFID.
L’application traitant les données communique par l’intermédiaire d’un socket sur TCP. Le socket fournit à l’application le messageRFID qui correspond à l’ensemble des données reçues délimitées par la suite de deux caractères de contrôles < LF>.
Les messageRFID sont stockés dans une chaine de caractères nommée « data » (le premier caractère est indexé à 0).
Le messageRFID suivant (mode ASCII) est reçu :
aa400000000123450a2a01123018455938a7

Question 1 : donner la taille en nombre de caractères de cette trame.

Question 2 : l’information « Date/Time » est au format YY :MM :hh :mm :ss :ms. Donner le temps exact de détection de ce tag RFID.

Question 3 : dans le cas de l’utilisation du format de données en mode binaire, déterminer la taille de la trame sachant que les 2 caractères d’entête (‘a’’a’) correspondent à un nombre en hexadécimal (avec deux chiffres) et que seuls la date (année/mois/jour) et le temps (heure/minute/seconde) sont codés en BCD (les centièmes de secondes sont en binaire). 
Question 4 : donner les avantages et inconvénients des deux formats ASCII et binaire.

Question 5 : conclure quant au choix du format ASCII pour l’application et à ses répercussions sur la fiabilité de la transmission et le chronométrage des participants.


Partie 1.2. : configuration du réseau
Objectif : vérifier la configuration du réseau de communication dans le but d’analyser les transmissions et ainsi prévoir le comportement du système dans les cas de défaillances.

Pour relier les différents points de passage, une liaison téléphonique mobile à la norme 3G est utilisée.
Grâce à l’utilisation d’un VPN (Virtual Private Network), les différentes machines peuvent être considérées comme étant connectées sur un unique réseau local privé dont la représentation logique équivalente est donnée (voir figure 4).
Un accès internet est rendu possible via le routeur r0. Seuls les PC1 et 2 y auront accès.
 SHAPE \* MERGEFORMAT 
Figure 4 : réseau LAN équivalent et adressage des machines.

Question 6 : comment le VPN via internet permet-il de se protéger contre une défaillance de sécurité comme une attaque extérieure ? 

Sur un des PC, un logiciel d’analyse réseau permet de capturer toutes les données transitant par son interface Ethernet.
Sur le même PC, et lors du lancement du logiciel de gestion de la course qui communique avec les détecteurs RFID, l’analyseur relève ces deux trames :


Détails des deux trames :



Question 7 : indiquer quelle(s) machine(s) reçoit(vent) la trame 134.

Question 8 : préciser le rôle du protocole responsable de cet échange et déterminer d’après ces relevés, l’adresse MAC du tapis RFID ainsi que le nom du fabricant.

Pour mettre à l’heure et synchroniser les serveurs RFID, le PC envoie à tous les serveurs une commande de réglage contenant l’heure du PC.
Lors d’une mise à l’heure d’un serveur RFID, la communication suivante a été relevée (pour le protocole TCP, voir annexe 2) :












Détail de la trame numéro 63, avec la totalité des octets la constituant :


Question 9 : à l’aide des différents relevés de l’analyseur et du schéma du réseau LAN (voir figure 4), déterminer les configurations réseau du serveur RFID et de l’interface Ethernet IPv4 sur le PC, qui sont les deux machines concernées par cet échange. Répondre sur le document réponses.

Question 10 : déduire de ce relevé, les protocoles utilisés en couche 3 et 4 du modèle OSI.

Question 11 : expliquer comment s’effectue l’établissement et la fermeture d’une connexion au niveau de la couche transport sur le serveur, en indiquant les rôles du client et du serveur (voir annexe 2).

Au niveau de la couche application, le format de la chaîne pour une mise à l’heure est la suivante :
HdrIDLenCmdDateDaytimeFCSyymmddnnhhmmss
Question 12 : extraire du relevé la chaîne de caractères transmise au serveur pour la mise à l’heure et expliciter les informations.

Question 13 : prévoir le comportement lorsque le serveur RFID ne peut procéder au réglage de l’horloge avec les données transmises par le PC.

Question 14 : prévoir le comportement lorsque la trame 63 est perdue (non reçue par le serveur).

Question 15 : conclure quant à l’amélioration à apporter pour assurer une mise à l’heure sûre des serveurs RFID.

2e PROBLÉMATIQUE : SUIVRE LES PERFORMANCES DES CYCLISTES

L’objectif de cette partie est de mettre en adéquation les performances physiques du cycliste avec la typologie du parcours par une mesure précise de la puissance développée.
Dans certains sports comme la natation en bassin ou l’athlétisme dans un stade, où l’environnement est standardisé, les performances sont quantifiées par un temps et ainsi les prestations peuvent être comparées entre elles au fil d’une saison ou d’une carrière. En cyclisme sur route, les conditions environnementales de la course ne sont jamais les mêmes, la simple mesure de temps ne permet pas à l’entraîneur de savoir si, son sportif a su gérer l’effort au cours de la course, a été performant par rapport à ses capacités physiques habituelles, il est donc difficile pour lui de programmer des entraînements ciblés.
Ces dernières décennies, les capteurs de puissance fixés sur les vélos se sont démocratisés et permettent de mesurer en conditions réelles de déplacement la puissance développée par le sportif. Cette puissance représente l’effort réel produit par le cycliste puisqu’elle renvoie à l’énergie mécanique dépensée. Ainsi, la mesure de la puissance mécanique en regard de l’effort réalisé est plus précise qu’avec le temps (dépendant de la course) ou la vitesse (dépendante du terrain ou du vent).

Partie 2.1. : étude de la puissance développée par un athlète.

Objectif : évaluer la puissance mécanique développée par un cycliste
Pour avancer et vaincre les résistances (traînées aérodynamiques, résistance au roulement, et force de gravité) qui s’opposent à lui, le cycliste doit produire une énergie. Cette énergie, dite chimique de la contraction musculaire lorsqu’il appuie sur les pédales, se transforme en énergie de propulsion mécanique qui fait tourner les manivelles, qui elles-mêmes entrainent la chaîne puis la roue arrière pour faire avancer le vélo.
La puissance développée par un cycliste provient de trois sources d’énergie différentes :
le processus phosphagène qui est une transformation chimique au niveau des muscles et fournit la Puissance Anaérobie Alactique ;
le processus glycolyse qui est une consommation des glucides (sucres) et fournit la Puissance Anaérobie Lactite. C’est la puissance de réserve qui peut être utilisée à tout moment d’un exercice et qui aboutit à l’épuisement lorsqu’elle est totalement consommée ;
le processus aérobie qui est la consommation d’oxygène et fournit la Puissance Aérobie. C’est la puissance qui peut être maintenue sans épuisement. Elle a une durée infinie dans le temps.
La courbe ci-dessous (voir figure 5) est le résultat d’un test d’effort d’un individu de 70 kg. Elle indique l’évolution de la puissance mécanique maximale par rapport à la production énergétique des différents métabolismes de l’individu testé.

Figure 5 : évolution de la puissance mécanique maximale par rapport à la production énergétique.

Question 16 : à partir de la figure 5, déterminer les 2 puissances maximales Anaérobie Lactique et Aérobie qui caractérisent les capacités sportives de l’individu testé dans le cas d’un d’effort de moyenne et longue durée.


Figure 6 : puissance massique en fonction du temps d’effort (hh:mm:ss) pour des athlètes masculins.

Question 17 : à partir de la figure 6, conclure sur le niveau de performance de l’individu caractérisé à la figure 5.
Objectif : déterminer le niveau sportif d’un cycliste à partir de la puissance moyenne développée lors d’une course.
Nous allons tout d’abord modéliser la puissance Pméca développée par le cycliste en fonction de différents paramètres dans le cas d’un déplacement sur une pente d’angle  EMBED Equation.DSMT4  représenté de façon simplifiée sur le schéma de la figure 7.










Figure 7 : déplacement d’un cycliste.

Notations
M masse de l’ensemble {cycliste + vélo}
g accélération de la pesanteur (9,81 m·s-2)
Droue diamètre de la roue
 EMBED Equation.DSMT4  coefficient de résistance au roulement du pneu sur la route
 EMBED Equation.DSMT4  angle d’inclinaison de la route par rapport à l’horizontale
Cx coefficient de pénétration dans l’air de l’ensemble {cycliste + vélo}
 EMBED Equation.DSMT4  masse volumique de l’air
S surface frontale normale à la direction du déplacement
V vitesse de déplacement dans la direction de la route de l’ensemble
{cycliste + vélo}
 EMBED Equation.DSMT4  force de résistance de l’air de norme  EMBED Equation.DSMT4  QUOTE  
NA composante normale de la force route/roue en A
TA composante tangentielle de la force route/roue en A
NB composante normale de la force route/roue en B
TB composante tangentielle de la force route/roue en B
P poids de l’ensemble {cycliste+vélo}

Hypothèses :
roulement sans glissement ;
moments d’inertie des deux roues négligés ;
Fa s’applique au centre de gravité de l’ensemble ;
vitesse constante ;
toutes les liaisons de l’ensemble {cycliste+vélo} sont parfaites.
Question 18 : écrire la relation entre la composante normale NA et la composante tangentielle TA de l’action de contact route/roue dans le cas d’un roulement sans glissement.

Question 19 : en appliquant le théorème de l’énergie cinétique à l’ensemble {cycliste+vélo}, en déduire l’expression de la puissance mécanique notée Pméca fournie par le cycliste lors de l’ascension d’une pente d’angle  EMBED Equation.DSMT4  à la vitesse V. Exprimer Pméca en fonction de M, g, Cx,  EMBED Equation.DSMT4 , S, f,  EMBED Equation.DSMT4  et V.

On se place dans le cas du duathlon du Pilat de septembre 2011.

Caractéristiques du parcours vélo

Figure 8 : parcours vélo du duathlon du Pilat













Figure 9 : dénivelé du parcours vélo du duathlon du Pilat.


Caractéristiques du vainqueur de la course
Taille : 1,70 m
Masse : 70 kg
Masse du vélo : 8 kg
Relevé des temps intermédiaires du vainqueur
ParcoursDébut parcoursDébut ascensionFin ascensionFin parcoursKilomètre du parcours vélo0