SEMINAIRE 2009 NIVEAU 4EME NOUVEAUX PROGRAMMES DE TECHNOLOGIE Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 HABITAT, CONFORT ET ENERGIE Du latin « domus » c'est-à-dire maison, ce concept concerne l'ensemble des techniques et technologies permettant d'automatiser et d'améliorer les tâches au sein d'un lieu. Cela va de la commande d'ouverture des portes et volets, au contrôle d'accès, du chauffage et de la climatisation en passant par la gestion des lumières et de l'énergie. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

UNE ANNEE SCOLAIRE OBJET 1 OBJET 2 OBJET 3 3 OBJETS TECHNIQUES SUPPORTS D’ETUDE OBJET 1 LE SYSTÈME DE CHAUFFAGE AUTONOME (pour piscine – bassin) OBJET 2 UN SYSTÈME DE SURVEILLANCE Surveillance des biens Surveillance des personnes OBJET 3 LE LAMPADAIRE AUTONOME Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

REPARTITION DES APPROCHES SUR L’ANNEE ORGANISATION ANNUELLE 1er trimestre 2ème trimestre 3ème trimestre 1 ANALYSE DU FONCTIONNEMENT ET CONCEPTION DE L’OBJET TECHNIQUE   2 Les matériaux 3 LES ENERGIES MISES EN OEUVRE 4 L’évolution des objets techniques 5 COMMUNICATION ET LA GESTION DE L’INFORMATION 6 La réalisation d’un objet technique total Système de chauffage La sécurité des biens et personnes Le lampadaire autonome Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

POURQUOI LE LAMPADAIRE AUTONOME ? Vidéo Windela à l’adresse suivante : http://www.issy.com/index.php/fr/cadre_de_vie/developpement_durable/le_developpement_durable/des_lampadaires_eoliens P.S.R. : L’entreprise WINDELA SA filiale d'EXPANSION & DEVELOPPEMENT Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

POURQUOI LE LAMPADAIRE AUTONOME ? Projet de loi Grenelle de l’environnement : vers une reconnaissance de la pollution lumineuse Ce phénomène a été trop longtemps ignoré, la pollution lumineuse figure désormais dans le projet de loi relatif au Grenelle Environnement. Ne pas éclairer moins mais éclairer mieux Il s’agit en premier lieu d’agir sur la puissance, les horaires d’utilisation et l’orientation de l’éclairage de nuit, afin d’éviter notamment l’émission d’une énergie inutile, dirigée vers le ciel, avec une meilleure gestion de l’éclairage. De ce fait, les ressources en énergie conventionnelle sont en voie de disparition. La consommation des énergies traditionnelles provoque une importante pollution. Les avantages des énergies renouvelables ♦ Le rayonnement solaire représente une énergie annuelle de 5,4x1024 Joules dont 2% sont transformés en énergie éolienne. ♦ L’énergie éolienne globale représente 1014 MW et la partie exploitable est d’approximativement 3,5x109 MW représentant plus de 10 fois l’énergie hydraulique disponible sur terre. ♦ C’est une énergie propre et renouvelable, aucune consommation des ressources, pas de pollution de l’environnement. ♦ Répartie sur l’ensemble du globe. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Comment éclairer l’allée du collège de manière autonome ? LE LAMPADAIRE AUTONOME Mise en situation : Le Principal du collège souhaite améliorer l’éclairage de l’entrée du collège. Il a expédié une lettre précisant les différents points à respecter. Un travail de réflexion est lancé dans le but de sensibiliser les élèves de 4ème au développement durable et à l’amélioration du confort de leur collège. Dans ce but les collégiens de 4e auront à concevoir le prototype d’un lampadaire autonome, après avoir étudié et recherché les différentes solutions possibles. Problématique générale : Comment éclairer l’allée du collège de manière autonome ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

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Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 QUELLE EST LA DEMANDE ? Les élèves définissent le besoin et les objectifs Ils rédigent ensuite le Cahier de Charges correspondant au lampadaire à concevoir. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Les questions que se posent les élèves Après lecture de la lettre du Principal et rédaction du cahier des charges les élèves s’interrogent et expriment les questions qui les préoccupent (brainstorming) : où, quand, comment… En fonction de l’environnement et du matériel du laboratoire de Technologie les questions suivantes seront retenues : Que signifie être autonome en énergie ? Avec quelle lampe éclairer l’allée ? Comment éclairer juste – limiter la consommation d’énergie. Comment réaliser le prototype ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

La démarche de résolution de problème Le lampadaire autonome Étape 4 Séquence D Comment réaliser le prototype ? temps Étape 3 Séquence C Quelles commandes pour limiter la consommation d’énergie ? Étape 2 Séquence B Quel type d’éclairage pour quelle luminosité ? Etape 1 Séquence A Comment être autonome en énergie ? Situation problème Demande de système d’éclairage de l’entrée Séance Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Problématique : Comment être autonome en énergie ? SEQUENCE A Problématique : Comment être autonome en énergie ? Après lecture de la lettre du Principal et rédaction du cahier des charges les élèves vont devoir rechercher des solutions existantes, pour déterminer les possibilités puis étudier quelle pourrait être la solution la plus satisfaisante. Les élèves sont répartis en équipes. A la suite de recherches ils doivent imprimer un document commun à chacun (TICE / B2I). A la suite d’expériences ils complètent un compte rendu présentant les avantages et les inconvénients du système étudié. En fin de séance chaque équipe présente ses résultats au reste de la classe ; un bilan commun est rédigé. Capacités concernées Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Chemise de travail d’équipe Fiche de travail d’équipe Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Comment être autonome en énergie ? DEFINITION ETRE AUTONOME EN ENERGIE ? QUELLES SOURCES D’ENERGIES ? Rappel sur les énergies BILAN : Ce sont principalement l’énergie solaire et l’énergie éolienne qui semblent les mieux exploitables. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Résultat des recherches élèves DES SOLUTIONS DE LAMPADAIRES AUTONOMES EXISTENT-ELLES ? Résultat des recherches élèves Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Résultat des recherches élèves QUELLE SOLUTION POUVONS NOUS ENVISAGER POUR NOTRE SYSTÈME ? Quelle solution serait la meilleure solution compte tenu de notre situation géographique ? Résultat des recherches élèves Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT CAPTURER LE MIEUX L’ÉNERGIE ÉOLIENNE OU SOLAIRE ? Quelle technologie utiliser ? Combien de pales pour le système éolien ? Les élèves sont répartis en équipe : Ils ont à disposition les mêmes appareils de mesure mais n’ont pas les mêmes « éoliennes ». Il s’agit de conduire l’expérience en simulation de soufflerie (à l’aide d’un ventilateur ou d’un aspirateur-souffleur). Les mesures sont effectuées à la même vitesse. Ils doivent mesurer le nombre de tours ou vérifier la vitesse de rotation, et également vérifier la tension de sortie. Une équipe dispose du montage ci contre et doit faire varier le nombre de pales. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT CAPTURER LE MIEUX L’ÉNERGIE ÉOLIENNE OU SOLAIRE ? A la suite de ces expériences chaque équipe prépare un compte rendu qui est présenté aux autres élèves. Un bilan global est ainsi rédigé : Choix d’un système Savonius. 4 pales : 2 « étages » de 2 pales à 90°. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT CAPTURER LE MIEUX L’ÉNERGIE ÉOLIENNE OU SOLAIRE ? Le bilan mettait en évidence la nécessité d’utiliser en complément un système de panneaux solaires, pour les jours où le vent serait plus faible. Nombre de plaques : Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT TRANSFORMER L’ÉNERGIE MECANIQUE EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

ANALYSE FONCTIONNELLE RAPPEL DES FONCTIONS QUE DOIT ASSURER LE LAMPADAIRE AUTONOME Eclairer l’allée d’entrée du collège FONCTION D’USAGE FONCTIONS TECHNIQUES SOLUTIONS Diffuser de la lumière Lampe REPRESENTATION FONCTIONNELLE SCHÉMA DE PRINCIPE DE LA CHAINE D’ENERGIE Energie rayonnante : solaire Energie mécanique Energie électrique Energie rayonnante : lumière Energie éolienne Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 STRUCTURATION Connaissances structurées : Fonctions usage et fonctions techniques Contraintes Représentation fonctionnelle Circuit d’alimentation énergétique Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 STRUCTURATION Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 EVALUATION Evaluation formative - Page de garde - Fiche d'équipe Evaluation sommative Cas d’un autre système : Sur la photo les élèves repèrent les différents éléments (la liste des noms est disponible) Compléter un diagramme afin de donner une représentation fonctionnelle. Représenter la chaîne énergétique. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

La démarche de résolution de problème Le lampadaire autonome Étape 4 Séquence D Comment réaliser le prototype ? temps Étape 3 Séquence C Quelles commandes pour limiter la consommation d’énergie ? Étape 2 Séquence B Quel type d’éclairage pour quelle luminosité ? Etape 1 Séquence A Comment être autonome en énergie ? Situation problème Demande de système d’éclairage de l’entrée Séance Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 SEQUENCE B QUEL TYPE D’ECLAIRAGE ? QUEL TYPE DE LAMPE CHOISIR ? Les élèves sont répartis en équipes. Recherche des caractéristiques d’une lampe Vérification des performances et dépenses énergétiques de la lampe. Quels sont les matériaux qui la constituent ? Quel impact sur l’environnement ? Quel avenir pour les lampes usagées ? Etude de l’évolution des systèmes d’éclairage extérieur ou éclairage public. Les lampes à étudier sont : Lampe à incandescence Lampe halogène Lampe fluocompacte Lampe à LED Les travaux de chaque équipe seront mis à disposition sur l’ENT. Capacités concernées Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

SEQUENCE B QUEL TYPE D’ECLAIRAGE ? Fiche de travail d’équipe Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 QUELLE LAMPE CHOISIR ? Les élèves sont répartis en équipe : Chaque équipe dispose du même matériel de mesure mais ne prend en charge l’étude de la même lampe. Ils ont à disposition les ordinateurs des documents papiers et numériques. Le travail est réparti au sein de l’équipe : Binôme 1  Recherche les caractéristiques de la lampe et vérifier leur impact sur l’environnement. Binôme 2  Vérifier l’efficacité énergétique de chacune à l’aide de mesures. Binôme 3  Etude de l’évolution des systèmes d’éclairage public.. Matériel mis à disposition dans les équipes Lampes Contrôleur de puissance et consommation Luxmètre Spot Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 QUELLE LAMPE CHOISIR ? Quel type de lampe ? Quelle efficacité énergétique ? Comment éclairer efficacement ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT LES SYSTÈMES D’ÉCLAIRAGE EXTERIEUR ONT-ILS ÉVOLUÉS ? Une place …et quelques annéesaprès : quelle technologie pour quel besoin ? La lumière au service de l’environnement et du citoyen Vouloir maîtriser l’énergie en éclairage extérieur n’est pas récent : vers 1830, les responsables de l’éclairage à Paris avaient eu l’idée, vite abandonnée pour raison de sécurité, de n’allumer qu’un réverbère sur deux les nuits de clair de lune. L’évolution de la vie économique et sociale a entraîné l’augmentation des exigences qualitatives et quantitatives en matière de sécurité, de confort, de protection de l’environnement et de rigueur budgétaire. Les élus des régions, des départements, des communautés urbaines et des communes doivent définir, avec leurs éclairagistes et techniciens, la juste lumière nécessaire, là où il le faut, quand il le faut, et au meilleur coût. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

ETUDE D’UNE LAMPE QUEL IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 QUELLE LAMPE CHOISIR ? Chaque équipe complète la page de l’ENT. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

QUEL TYPE D’ÉCLAIRAGE POUR QUELLE LUMINOSITÉ ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 EVALUATION DEPENSE ENERGETIQUE Evaluation formative - Page de garde - Fiche d'équipe Evaluation sommative De quel type de document s’agit-il ? Quel est l’appareil concerné ? Quelles indications pouvez vous relever ? Observations Quelles sont vos conclusions ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

La démarche de résolution de problème Le lampadaire autonome Étape 4 Séquence D Comment réaliser le prototype ? temps Étape 3 Séquence C Quelles commandes pour limiter la consommation d’énergie ? Étape 2 Séquence B Quel type d’éclairage pour quelle luminosité ? Etape 1 Séquence A Comment être autonome en énergie ? Situation problème Demande de système d’éclairage de l’entrée Séance Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT LIMITER LA CONSOMMATION D’ÉNERGIE ? QUELLE SOLUTION POUVONS-NOUS ENVISAGER POUR NOTRE SYSTÈME ? Les élèves sont répartis en équipe : Chaque équipe doit étudier un système d’éclairage autonome. Ils disposent du système qu’il peuvent faire fonctionner et démonter ainsi que de la documentation d’accompagnement. Il s’agit de Rechercher quelles sont les caractéristiques de chaque système. Repérer la chaine d’énergie – identifier les éléments. Repérer la chaine d’information – identifier les éléments. Identifier les étapes de commande et en donner des représentations graphiques. Identifier une condition logique. Capacités concernées Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

ETUDE DE SOLUTIONS EXISTANTES Les élèves étudient l’appareil mis à disposition. Les appareils à étudier sont : la borne solaire  le spot solaire détecteur de présence  l’éclairage du couloir  l’éclairage communal  le système d’éclairage centralisé (Maqplus) Chaque équipe s’organise : 2 élèves : la chaine d’énergie et ses éléments - 2 élèves : la chaine d’information et ses éléments. Ils doivent ensuite réaliser une représentation de la chaine d’énergie, puis une représentation graphique des étapes du cheminement de l’information. Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 LA BORNE SOLAIRE Début Début Mise en marche Le jour Lampe éteinte Nuit Capture de l’énergie lumineuse Transformation Allumer la lampe Stocker l’énergie Borne inactive Jour La nuit Lampe allumée Eteindre la lampe Eteindre la lampe Fin Fin Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Comment fonctionne Windelux QUELLE COMMANDE POUR LIMITER LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE ? Comment fonctionne Windelux Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Energie rayonnante : solaire QUELLE SOLUTION POUVONS NOUS ENVISAGER POUR NOTRE SYSTÈME ? La chaine d’énergie : Energie rayonnante : solaire Energie mécanique Energie électrique Energie rayonnante : lumière Energie éolienne Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Chaine d’énergie + chaine d’information Alimentation Distribution Conversion Résultat Energie rayonnante : solaire Energie mécanique Energie électrique Energie rayonnante : lumière Energie éolienne Contrôle de la chaîne d’énergie Quelle consigne ? Acquérir Traiter Communiquer Chaîne d’informations Détecteur de mouvement Interrupteur crépusculaire ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 EVALUATION Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

La démarche de résolution de problème Le lampadaire autonome Étape 4 Séquence D Comment réaliser le prototype ? temps Étape 3 Séquence C Quelles commandes pour limiter la consommation d’énergie ? Étape 2 Séquence B Quel type d’éclairage pour quelle luminosité ? Etape 1 Séquence A Comment être autonome en énergie ? Situation problème Demande de système d’éclairage de l’entrée Séance Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

COMMENT REALISER LE PROTOTYPE ? Les élèves sont répartis en équipe : Il est possible d’envisager 2 modes de d’organisation : Soit chaque équipe travaille en concurrence sur le prototype Soit chaque équipe travaille en parallèle Chaque équipe doit étudier une solution de rotor , plus précisément de la base, les dimensions des pales et le nombre étant imposés. Ils ont à disposition les ordinateurs avec les logiciels Solidworks et Sketchup.. Il s’agit de Rechercher quelle solution esthétique – à faible coût.. Les élèves disposent d’un dossier (bibliothèque) du lampadaire avec des éléments tels que pales, axe… et doivent assembler ces éléments. Justification des choix à rédiger. A la fin des travaux effectués chaque équipe présente ses conclusions au reste de la classe ; une seule solution sera retenue. L’ensemble de la classe va donc contribuer à la réalisation d’un prototype, en préparant la répartition des tâches à l’aide d’un planning. Capacités concernées Exemples Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Quelle solution choisir en fonction du cahier des charges ? Quels matériaux choisir en fonction du cahier des charges ? Après le choix collectif, les élèves travaillent sur un prototype commun à la classe entière. cas des équipes qui travaillent en parallèle équipe 1 : fichier d’usinage de la base du rotor  équipe 2 :sur le circuit électronique permettant de redresser le courant. (travail sur BigcI pour compléter le circuit)… équipe 3 sur la vasque éclairante (Recherche esthétique et réalisation de croquis puis dessins-usinage d’un moule à la machine à commande numérique. Thermoformage.) équipe 4 : assemblage du mât et du socle. cas des équipes qui travaillent en concurrence : il semble préférable de faire réaliser la maquette du lampadaire à chaque équipe , pour des raisons matérielles. Le problème est que ces maquettes ne pourront pas réellement fonctionner tant au niveau capture d’énergie qu’éclairage. Comment s’organiser pour réaliser le prototype ? Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009

MERCI POUR VOTRE ATTENTION ET VOTRE PARTICIPATION Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009 Académie de CRETEIL - CR Tec de Chelles - Séminaire 2009