Aider les nouvelles générations à s’impliquer dans les enjeux des sciences LA VILLE DES LUMIERES

LE PROBLEME ACTUEL DES VILLES 2. Analyse et résolution LE PROBLEME ACTUEL DES VILLES La consommation d’énergie de plus en plus grande Urbanisation globale en augmentation Développement des grandes métropoles Problèmes environnementaux Réchauffement global Objectifs : En apprenant à créer leur propre modèle de vie du futur, les apprenants auront la possibilité de participer d’une manière responsable à repenser les villes actuelles; En assumant la décision prise concernant la création d’espaces plus sûrs, plus confortables, plus beaux mais aussi plus efficaces du point de vue énergétique, les apprenants vont organiser, gérer et prévoir le développement des villes.

4. Comment explique-t-on le phénomène de « l’effet de serre » ? 2. Analyse et résolution 1. Quelles modifications climatiques se sont produites les dernières années et pourquoi ? 2. Quelles est la principale cause de l’augmentation de la température de l’atmosphère terrestre ? 3. Est-ce que les effets climatiques peuvent créer des modifications dans le développement des villes du futur? 4. Comment explique-t-on le phénomène de « l’effet de serre » ? 5. Est-ce que les énergies renouvelables peuvent être des solutions applicables à la place des énergies produites par des sources conventionnelles (charbon, gazes naturelles, pétrole, etc.) et par l’énergie nucléaire ? 6. Quelle est l’énergie du futur – Les projets solaires proposés aujourd’hui sont-ils pertinents ?

2. Analyse et résolution Objectifs de la séance : analyser des données, donner des exemples, trouver des solutions, décider et justifier des résultats en tenant compte de : L’influence des émissions des gaz à effet de serre liées à l’exploitation des combustibles conventionnels sur l’atmosphère de la Terre, sur le climat et sur la santé des humains ; La diminution des réserves des sources d’énergie conventionnelles (pétrole, gaz naturel et charbon) ; D’éviter le danger et les désastres produits par les centrales nucléaires ; L’utilisation de l’énergie solaire comme source d’énergie renouvelable à la place des sources conventionnelles d’énergie.

JEU ET EXPERIENCES 2. Analyse et résolution Est-ce que l’énergie solaire peut suffir pour fournir l’énergie nécessaire à notre vie quotidienne ? Comment est-ce que je peux assurer le confort dans mon habitation à l’aide de l ’énergie solaire ? Est-ce que je peux me chauffer grâce l’énergie solaire ? Est-ce que je peux faire fonctionner la climatisation ? Est-ce que je peux chauffer ma piscine grâce à elle ? Quelles autres utilisations pourrait avoir l'énergie solaire ? Est-ce que je peux me déplacer en moto grâce à elle ? Ou en véhicule électrique ?

2. Analyse et résolution Créer un scénario de consommation d'énergie alimenté avec l'énergie solaire pour mon habitation Analyse de la consommation d'énergie pour une habitation – application pour une famille de 3 personnes : Enoncez les sources de consommation d’énergie dans une habitation (chaudière, frigidaire, plaque électrique, lave-linge, téléviseur, tube fluorescent, etc.); Etablissez un minimum (ou maximum) de consommation d’énergie et réalisez le programme horaire de la consommation énergétique. Quelles sont les périodes pendant lesquelles la consommation d'énergie est au maximum ? Et au minimum? Calculez la consommation totale d'énergie pendant une journée entière, en fonction de la consommation par heure de chaque élément. Quel est le prix de la consommation énergétique pour une journée?  

2. Analyse et résolution Le choix d’une installation d’énergie solaire dans une habitation - application pour une famille de 3 personnes Faites des recherches et présentez les différents types d'installations qui utilisent l'énergie solaire, spécifiques aux bâtiments ; Présentez les avantages de l'utilisation de l'énergie solaire dans les bâtiments. Y a- t-il aussi des désavantages ? Dans quelle mesure la consommation d'énergie électrique et thermique de l'habitation peut-elle être couverte à l'aide des installations d'énergie solaire que vous allez présenter? Est-ce que l’énergie solaire produite pendant la journée peut être stockée ? Si oui, quels moyens de stockage proposez-vous ?

LE JEU : LA MAISON SOLAIRE 2. Analyse et résolution LE JEU : LA MAISON SOLAIRE Créer un scénario de consommation d'énergie alimentée par l'énergie solaire pour mon habitation Matériaux nécessaires pour le jeu (voir Fiche de travail du jeu ou ci-dessous): deux planches : Habitation type I et Habitation type II (Schéma 1 et Schéma 2) 20 étiquettes représentant des équipements électriques pour l'utilisation domestique (Tableau n° 1) 6 types de panneaux photovoltaïques: 100W, 120W, 140W, 150W, 200W, 250W (Tableau n° 3) 6 types d'onduleurs (c.c./c.a.) 700W, 1100W, 1600W, 2000W, 2500W, 3000W (Tableau n° 3) 2 types de batteries d'accumulateurs 12 V et 24 V (Tableau n° 3). Schéma 1. Habitation type I (Haute consommation électrique) Schéma 2. Habitation type II (Basse consommation électrique)

2. Analyse et résolution Tableau n° 1. Etiquettes spécifiques aux équipements d'utilisation domestique

2. Analyse et résolution Tableau n° 2. Les caractéristiques spécifiques aux équipements électriques à utilisation domestique Energie consommée par an, [kWh] Puissance consommée par heure, P, [W] Appareil Appareil électrique Lave- vaisselle Cafetière Téléviseur Sèche-cheveux Plaque électrique + four électrique Cafetière Frigidaire Ampoule basse consommation (intérieur) Ampoule basse consommation (intérieur) Lave-linge Ampoule basse consommation (intérieur) Ampoule basse consommation (intérieur) Aspirateur – matériel de nettoyage Ampoule basse consommation (intérieur) Ampoule basse consommation (extérieur) Ordinateur portable Tube fluorescent Radio-réveil Chauffe-eau (électrique) Tube fluorescent

2. Analyse et résolution LE JEU: Le choix de l’installation solaire photovoltaïque Schéma 5. La maison solaire – Habitation de type I alimentée à l’énergie solaire à l’aide de panneaux photovoltaïques

2. Analyse et résolution Tableau n° 3. Caractéristiques spécifiques des composants de l'installation photovoltaïque Observations Elément composant Etiquette Caractéristiques Elément composant Etiquette Caractéristiques Onduleur 1 Panneau photovoltaïque 1 Panneau avec des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin Onduleur 2 Panneau photovoltaïque 2 Panneau avec des cellules photovoltaïques en silicium monocristallin Onduleur 3 Onduleur 4 Panneau photovoltaïque 3 Panneau avec des cellules photovoltaïques réalisées par la technologie des couches minces (tellurure de cadmium) Onduleur 5 Onduleur 6 Panneau photovoltaïque 4 Panneau avec des cellules photovoltaïques réalisées par la technologie des couches minces CIS (cuivre-indium-di sélénium) Batterie d’accumulateur 1 Batterie d’accumulateur 2 Panneau photovoltaïque 5 Panneau avec des cellules photovoltaïques en silicium polycristallin Panneau photovoltaïque 6 Panneau avec des cellules photovoltaïques en silicium polycristallin

«Comment réaliser une cellule photovoltaïque? » 2. Analyse et résolution Expérience : «Comment réaliser une cellule photovoltaïque? » Réalisation d’une cellule photovoltaïque à base de dioxyde de titane et d’anthocyanine (framboise fraiche) : Expliquez le processus de réalisation d’une cellule photovoltaïque ; Faites la démonstration pratique de la réalisation d’une cellule photovoltaïque ; Testez le fonctionnement de la cellule solaire ; Représentation schématique de la cellule solaire avec couche sensibilisante Matériaux nécessaires: - 0,5 grammes de dioxyde de titane(0,25 gr – 1€) quelques gouttes de vinaigre framboises fraiches - verre spécial, avec une surface conductrice (oxyde d’indium-étain )  agent redox + électrolyte : 127 mg de cristaux d’ iode + 830 mg d’iodure de potassium + 10 ml éthylène glycol https://www.youtube.com/watch?v=WHTbw5jy6qU (vidéo en anglais) - https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_Gr%C3%A4tzel (page Wikipédia – Cellule de Grätzel) Lame de verre à surface conductrice d’électricité (oxyde d’indium-étain) Electrolyte + agent REDOX Lame de verre à surface conductrice d’électricité (oxyde d’indium-étain) Couche de TiP2 recouverte d’une pellicule d’anthocyanine (jus de framboises)

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