+ Thème : la mobilité 1h30 Sciences de l' Ingénieur Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports 1h30 Sciences de l' Ingénieur Création et Innovation Technologique + 1h30 Pour une analyse au cœur des systèmes Deux enseignements d’exploration complémentaires Pour une découverte des lois d’évolution des systèmes Dans la présentation faite aux élèves de 3ème pour leur préparation à l’orientation en seconde, au lycée Loritz, nous avons choisi de montrer la complémentarité des deux enseignements d’exploration. Nous avons présenté les deux enseignements sous forme d’un PACK que l’élève est vivement incité à prendre comme un ensemble. 1

Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports C. I. T. • Étudier le contexte, rechercher et interpréter les données ; • Comprendre les enjeux, concilier les différentes contraintes. Pollution de l’air Les sources d’émission de CO2 Saturation des infrastructures Le contexte se sont les transports de biens et de personnes qui polluent l’air : Rejets de gaz polluants, de particules, rejet de CO2, gaz à effet de serre. Interpréter les données permet par exemple de situer la part du transport dans les sources d’émission de gaz à effet de serre. Présenter les enjeux permet de mettent en évidence les contradictions entre les contraintes environnementales, économiques, sociales: par exemple il est plus facile de prendre sa voiture que les transports en commun, notre société de consommation veut tout, tout de suite (des fraises en hiver et skier à Amnéville en été) !

Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports • Comprendre le principe de l’effet de serre. • Inventorier les principaux gaz à effet de serre. • Déterminer leurs origines. • Etudier les outils de mesure et de communication sur la qualité de l’air C. I. T. Principe effet de serre Carte du réseau Airlor Pour explorer les causes, il faut comprendre le principe de l’effet de serre, connaitre les principaux gaz à effet de serre, identifier ceux qui sont dus aux transports. Pour saisir les conséquences, nous proposons aux élèves, avec l’aide d’airlor de décrypter les cartes régionales de pollution de l’air.

• Établir une relation entre le profil du véhicule et sa consommation. Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports • Inventorier les solutions pour réduire la consommation d’énergie dans les transports. • Rechercher des paramètres indicateurs de pollution d’une voiture. • Mettre en évidence l’évolution des formes. • Établir une relation entre le profil du véhicule et sa consommation. C. I. T. Logiciel de simulation Les principales solutions proposées par le élèves sont : Eviter les trajets courts en voiture, covoiturage, choix d’une voiture hybride, conduite souple, réduire la vitesse, choisir une petite voiture (faible cylindrée, masse limitée, prise au vent faible) Les paramètres indicateur de pollution d’une voiture sont principalement l’étiquetage écologique (de A à E), la consommation en l/100km Une étude sur l’évolution des formes des voitures permet d’établir des hypothèses sur la relation entre aérodynamisme et consommation. Le logiciel mécaflux permet d’introduire la notion de coefficient S.cx , de résistance à l’avancement et de comparer quelques véhicules de tourisme.

S. I. Pair = ½ ρ . S.cx . v3 Vitesse, Force Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports S. I. • Analyser, mettre en évidence une loi fondamentale. • Déterminer, par le calcul, la puissance de l’air sur une voiture. • Mettre en forme sur tableur puis interpréter les résultats. • Classifier les facteurs impactant la consommation (vitesse, profil, motorisation …). Puissance Pair = ½ ρ . S.cx . v3 Vitesse, Force Relation vitesse / puissance Utilisation de la relation pour calculer la puissance du véhicule nécessaire pour vaincre la résistance de l’air qui est une composante de la résistance à l’avancement avec la résistance au roulement, la résistance en cote. A l’issue de cette étape, nous aurons vu que pour un véhicule de tourisme, la vitesse du véhicule impacte fortement la consommation bien plus que l’aérodynamisme du véhicule. Chaque conducteur peut adapter sa conduite pour réduire la pollution. En bureau d’étude, les recherches seront orientées sur l’amélioration du véhicule, par exemple son aérodynamisme.

Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports C. I.T. • Rechercher, optimiser les formes. • Modifier et participer à la conception d’un prototype en utilisant une représentation numérique. • Fabriquer un prototype expérimental. Maquettes numériques (travaux d’élèves) Logiciel de conception assistée par ordinateur C’est ce point particulier, l’aérodynamisme du véhicule, que nous allons développer dans la suite de l’étude. L’objectif est de proposer aux élèves, par une démarche expérimentale, de déterminer le coefficient Scx de différentes formes de modèles réduits. L’ensemble des projets dans le groupe permettra les comparaisons entre les différentes solutions proposées. A partir d’un cahier des charges (dimensions, adaptation sur le châssis, …) les élèves dans une phase de créativité et en utilisant le modeleur volumique vont créer ou modifier la coque du véhicule. Mise en œuvre d’une imprimante 3D

• Mettre en œuvre un protocole expérimental Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports S. I. • Tester en soufflerie le prototype conçu. • Mettre en œuvre un protocole expérimental • Déterminer les paramètres d’aérodynamisme. • Vérifier expérimentalement la relation entre consommation et aérodynamisme. Soufflerie pour expérimentation Ventilateur Prototype en cours d’essais La mise en œuvre de la soufflerie permet de valider les solutions proposées par les élèves. Les prototypes fabriqués sont fixés sur le châssis. Le châssis est relié à un capteur d’effort. L’afficheur donne une valeur de cet effort. La surface frontale du véhicule est déterminée sur le modeleur volumique. Le calcul permet de déterminer le coefficient cx des véhicules. Anémomètre Capteur d'effort Aspiration

C. I.T. S. I. 3h00 1h30 3h00 1h30 3h00 6h00 Séance 1 Séance 1 • Déterminer par le calcul les relations puissance / aérodynamisme. • Mettre en forme les résultats. • Analyser le contexte et les contraintes. • Mettre en relation les causes et les conséquences. Pair = ½ ρ . S.cx . v3 Séance 2 3h00 Séance 2 1h30 • Mettre en œuvre un protocole expérimental. • Valider les choix par l’expérimentation. • Vérifier les données. • Analyser l’évolution. • Proposer des remèdes. Pour résumer, le thème d’étude « Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports » représente 6 séances de SIT et CIT imbriquées et de durées inégales. Séance 3 3h00 Séance 3 6h00 • Déterminer l’impact écologique. • Communiquer les résultats. • Rechercher des solutions.

2nde DD Merci de votre attention. Développement durable Réduire les émissions de gaz à effet de serre dans les transports 2nde DD Développement durable Un parcours expérimental de CIT + SI Les activités présentées sont expérimentées au lycée depuis septembre 2008 dans le cadre la classe seconde développement durable. Merci de votre attention.