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28 août 2018
TRAVAUX SUR L’INGÉNIERIE DU MOULIN
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
28 août 2018
TRAVAUX SUR L’INGÉNIERIE DU MOULIN
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
CE DIAPORAMA EST CELUI UTILISÉ LORS DE LA RÉUNION DU MARDI 28 AOÛT 2018 AU PALAIS DES CONGRÈS DE ROCHEFORT
IL NE CONSTITUE EN AUCUN CAS LE RÉSULTAT DE NOS TRAVAUX ET N’EST BIEN QU’UN SUPPORT VISUEL, PARTAGE A DESTINATION DES MEMBRES DE L’ASSOCIATION DU MOULIN DE L’ARSENAL DE ROCHEFORT
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Contextualisation
Mécanismes du moulin
Étude énergétique
Aide technique générale
1 – Contextualisation
• Travail demandé• Principe de fonctionnement• Puissances• Temps d’utilisation
8
Travail demandé
I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
• Etude d’opportunité énergétique
• Etude de modernisation du moulin
• Etude de mise en valeur du site
• Aide technique générale
9
Zone d’action
Positions extrêmes du Bateau
Surface balayée par le bateau racleur
Moulin
1
2
3
4
28/08/2018
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I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
10
Rappel du fonctionnement
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
11
Nombre de personnes manœuvrant
Moulin
Ponton
Bateau racleur
Personnel nécessaire
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
12
Points revus de l’année précédente
Puissance du moulin : 15kW
On verra plus tard …
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
13
Points revus de l’année précédente
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
I - CONTEXTUALISATION
A) TRAVAIL DEMANDÉ
B) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
C) PUISSANCES
D) TEMPS D’UTILISATION
Compris dans le temps d’exploitation :• 1h pour la mise en place et le rangement du ponton• 1/2h pour les changements de points fixes• Vitesse 2× plus élevée au retour• 10 passes pour Napoléon III et 8 passes pour Louis XV• Passes de 100m à 0,12 m/s
2 – Mécanismes du moulin
• Treuil• Type d’ailes• Variation de la voilure• Rotation de la coiffe
SOLUTIONS POUR LE TREUIL
16
Solutions pour le treuil
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Arbre vertical
Solution avec arbre verticalNombre de moteurs
Solution 1 moteur Solution 2 moteurs
Non
21
Oui
28/08/2018
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17
Solutions pour le treuil
Arsenal
Réseau
Arsenal
Réseau
Solution « moteur » Solution « arbre vertical »
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
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Solutions pour le treuil Solution moteur Solution arbre vertical
Critères techniques
Principales différences 1 ou 2 moteursArbre vertical3 embrayages
Sécurité + -
Simplicité d’élaboration + -
Performance ++ ++
Maintenance + +
S’il faut un ascenseur Centré Excentré
Critères touristiques
Attrait touristique + ++
Respect historicité -- +
Espace libéré + -28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
19
Sens de rotation des tambours
Louis XV
pontonNapoléon III
Bateau28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
20
Sens de rotation des tambours
1 ↑ ↓
2 0 0
3 ↑ ↑
4 ↑ 0
5 0 ↑
Tamboursliés
Tamboursséparés
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
21
Solution arbre vertical
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
22
Solution arbre vertical
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
23
Solution électrique 1 moteur
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
24
Solution électrique 1 moteur
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
25
Solution électrique 2 moteurs
MM
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
26
Solution électrique 2 moteurs
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
27
Solutions électriques
1 moteur 2 moteurs
Avantages Quand même un peu de mécanique
Prix
Commande simple
Inconvénients Mise en place
Embrayages nécessaires : commande et maintenance
Synchronisation
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
TYPE D’AILES
29
Ailes Berton
Avantages Inconvénients
Très courant
Savoir faire français
Comportement connu
Coût
Vrillage impossible
Performances moyennes
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Création en 1841
30
Ailes à jalousie
Avantages Inconvénients
Performances (2 à 3 fois Berton)
Variation voilure autonome
Coût
Aucun en France
Peu de retour d’expérience
Bon courage pour trouver un fabricant
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Création vers 1860Courant en Angleterre et en Allemagne
31
Nombre d’ailes
4 ou 6 ailes ?
Mêmes performances
Différences :
• Répartition couple / vitesse
• Coût
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
VARIATION DE LA VOILURE
33
Système Berton
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
34
Système Berton
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Système historique
Avantages Pilotage manuel possible
Beauté mécanique
Inconvénients Uniquement pour arbre en bois
Ne fonctionne pas à l’arrêt
Mise en place complexe
35
Système Berton
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Pilotage moteur
M
Avantages Prix (composants mécaniques en moins)
Inconvénients Pas de système manuel
Moteur visible sur extérieur de l’arbre
36
Système Berton
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Pilotage vérin hydraulique
Avantages Souplesse
Inconvénients Pas de système manuel
Coût
Besoin d’un groupe hydraulique et d’un joint tournant
37
Ailes à jalousie
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
Contrepoids
ROTATION DE LA COIFFE DU MOULIN
39
Rotation de la coiffe
Système papillon + Crémaillère
Avantages Mise en mouvement automatique
Fonctionne en cas de panne électrique
Inconvénients Non respect historicité
Crémaillère sur mesure
Prix
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
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Rotation de la coiffe
Système Couronne + Pignon
Avantages Esthétique
Performant
Inconvénients Nécessite un moteur et une commande
Crémaillère sur mesure
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
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Rotation de la coiffe
Roue tournante
Avantages Prix
Inconvénients Nécessite un moteur et une commande
Mauvais rendement
Performance dégradée par des corps extérieurs sur le rail
28/08/2018
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2 – MÉCANISMES DU MOULIN
A) TREUIL
B ) TYPE D’AILES
C) VARIATION DE LA VOILURE
D) ROTATION DE LA COIFFE
3 – Étude énergétique
• Potentiel éolien• Conversion et distribution de
l’énergie• Fonctionnement du bateau• Puissance du moulin• Estimations de production
43
Distribution des vitesses du vent dans une année : loi de Weibull
3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Nom
bre
d'he
ures
par
an
Vitesses du vent (m/s)
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Répartition des vents au cours de l’année
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mois de l’année
Moyenne
[- ; + ]Plage contenant 68% des valeursV
ites
se d
u v
en
t (k
m/h
)
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
45
Production d’électricité
Dans tous les cas : ALTERNATEUR
Rôle : produire de l’électricité
Contrôle : impose la vitesse, régulée par automate
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
46
Production d’électricité
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
47
Automatismes dans le moulin
Commande de l’alternateur
Orientation de la coiffe
Variation de la voilure
Contrôle à distance
GirouetteAnémomètre
Armoire électrique
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
48
Schémas de fonctionnement
Réseau
Arsenal
Réseau
Hors fonctionnement bateau
Fonctionnement bateau : plusieurs cas possibles
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
49
Temps d’exploitation
Forme Napoléon III Forme Louis XV
Temps exploitable 6h06 3h42
Vitesse minimale du bateau 10 cm/s 15 cm/s
Durée maximale 5h40 3h43
Durée minimale 2h45 2h30
Puissance nécessaire 900 W 1350 W
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
Mêmes hypothèses :• 1h pour la mise en place et le rangement du ponton• 1/2h pour les changements de points fixes• 10 passes pour Napoléon III et 8 passes pour Louis XV• Vitesse 2× plus élevée au retour• Passes de 100m• Force résistive de 9000N
50
Fonctionnement du bateau : cas de la forme Louis XV
Pas assez de vent Vent suffisant Trop de vent
Vent correspondant < 12 km/h Entre 12 et 30 km/h > 30 km/h
Vitesse du bateau 15 cm/s Imposée par le vent 33 cm/s
Vitesse des ailes correspondante
6,7 tr/min Idem 15 tr/min
Durée de dragage pour la forme
3h40 Entre 2h30 et 3h40 2h30
Puissance correspondante
1350 W En moyenne 2300 W 3340 W
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
51
Données de base pour les calculs
Données traitées par Philippe Bruyerre
Courbe empirique de puissance de fin XVIIIe siècle
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Cp
Rapport d’avance
Coefficient de puissance pour des ailes Berton
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
52
Comparaison avec d’autres types
Moulin à vent avec des ailes Berton
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
Moulin à vent avec des ailes à jalousie
53
Puissance en fonction de la vitesse du vent
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 2 4 6 8 10 12
Pu
issa
nce
W
Vitesse du vent m/s
Zone 1 :Vent trop faible
Zone 2 :Fonctionnement
Zone 3 :Maintien
en puissance
Zone 4 :Arrêt sécurité
Puissance nominale
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
54
Puissance disponible pour différents diamètres d’aile
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
0 2 4 6 8 10 12
Pu
issa
nce
W
Vitesse du vent m/s
17m30
18m
20m
24m
55
Caractéristiques du moulin pour les calculs
Hauteur de l’axe des ailes : 18mDiamètre des ailes : 18m
Vitesse de rotation maximale des ailes : 15 tr/min
Vitesse minimale du bateau : 15 cm/s
28/08/2018
CHAMBRAGNE BastienVILLE Adrien
3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
Ce que le moulin aurait produit pendant le mois d’août 2018…
Pour cette simulation :
Fonctionnement du bateau les jours impairs de 14h à 19h
: jour (7h-22h)
: nuit
: puissance produite par le moulin
: puissance prise au réseau (négatif = revente): puissance minimale pour faire fonctionner le bateau
-7000
-5000
-3000
-1000
1000
3000
5000
7000
9000
31/07/2018
Puis
sanc
e pr
odui
te (W
)
Bilan de ces 28 jours:
Production de 793 kWh
Consommation du bateau de 178 kWh
Revente de 647 kWh
Achat de 21 kWh
60
Estimation de production sur une année
Production : 15 MWh/anBesoins bateau : 1,5 MWh/an
Ateliers de l’Hermione au mois de décembre 2017 : 16,5 MWh
Un restaurant en moyenne : 34 MWh/an
28/08/2018
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3 – ÉTUDE ÉNERGÉTIQUE
A) POTENTIEL ÉOLIEN
B) CONVERSION ET DISTRIBUTION DE L’ÉNERGIE
C) FONCTIONNEMENT DU BATEAU
D) PUISSANCE DU MOULIN
E) ESTIMATIONS DE PRODUCTION
Berton 17m30 Berton 20m Jalousies 18m
13 MWh/an 18 MWh/an 40 MWh/an
4 – Aide technique générale
• Ponton• Calculs de fondation
TRAVAUX SUR LE PONTON
63
Répartition des forces sur le ponton
4- AIDE TECHNIQUE GÉNÉRALE
A) PONTON
B) CALCULS FONDATIONS
31 kN
31 kN28/08/2018
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64
Architecture du ponton
Tableau de commandes
Winch électrique Guindeau
électrique
Winch manuel
Blocage de la chaîne
28/08/2018
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4- AIDE TECHNIQUE GÉNÉRALE
A) PONTON
B) CALCULS FONDATIONS
CALCULS DE FONDATIONS
MERCI DE VOTRE ATTENTION
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