SEMINAIRE NATIONAL DE TECHNOLOGIE AU COLLEGE 10 Décembre 2015 PARIS – Lycée Jean Zay Thématique : Sciences, technologie et société Séquence de référence : Se déplacer sur terre / air / mer Problématique : Quelles solutions techniques pour assurer la propulsion de différents véhicules ? Mise en place d’une séquence pédagogique dans le cadre de la réforme des programmes, en classe de 3ème. Autour de la Thématique STS, et plus particulièrement de la problématique : Quelles solutions techniques pour assurer la propulsion de différents véhicules ? Auteur : David DELONNELLE – Professeur de technologie au collège René Cassin de LOOS-EN-GOHELLE

SEMINAIRE NATIONAL DE TECHNOLOGIE AU COLLEGE 31 Janvier 2012 PARIS – Lycée RASPAIL Séquence mise en place dans le cadre du projet HELICA, présenté au séminaire National de technologie en janvier 2012 Rappel : Ce projet vise à concevoir et réaliser en mode collaboratif un prototype à échelle réduite de véhicule électrique propulsé par une hélice. Ce projet est organisé autour de 3 problèmes techniques : Comment propulser le prototype ? Quelle structure pour supporter les éléments du prototype ? Comment diriger le prototype ?

POUR PROPULSER LES VEHICULES CONTEXTE DE LA SEQUENCE : DANS LE CADRE DU PROJET, LES ELEVES DEVELOPPENT UNE DEMARCHE D’INVESTIGATION AUTOUR DE NOUVELLES SOLUTIONS TECHNIQUES POUR PROPULSER LES VEHICULES Projet Résolution problème technique Investigation Contexte : problème technique étudié  Comment propulser le prototype ? Les équipe d’élèves ont mis en place un protocole expérimental afin de déterminer quelle hélice, quel moteur et quelle tension d’alimentation étaient nécessaire quant à la propulsion de leur prototype. Sur leur prototype, l’hélice se met en rotation grâce à un moteur à courant continu alimenté par un accumulateur (énergie de source chimique) Croisement disciplinaire : En Physique/Chimie, ils ont abordés les différentes énergies : sources, caractéristiques…

CONTRIBUTIONS DE LA SEQUENCE AU SOCLE COMMUN : DOMAINE 4 : LES SYSTEMES NATURELS ET LES SYSTEMES TECHNIQUES Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte. - Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant. DOMAINE 2 : LES METHODES ET OUTILS POUR APPRENDRE S’approprier des outils et des méthodes - Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées). DOMAINE 1 : LES LANGAGES POUR PENSER ET COMMUNIQUER Pratiquer des langages - Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets. DOMAINE 5 : LES REPRESENTATIONS DU MONDE ET L'ACTIVITE HUMAINE Se situer dans l’espace et dans le temps - Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques.

ELEMENTS DE PROGRAMME : Thématique principale : Les objets et systèmes techniques, les services et les changements induits dans la société Attendus de fin de cycle : Comparer et commenter les évolutions des objets et systèmes Connaissances et compétences associées : Impacts sociétaux et environnementaux dus aux objets. Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques. Comparer et commenter les évolutions des objets en articulant différents points de vue : fonctionnel, structurel, environnemental, technique, scientifique, social, historique, économique. Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés Connaissances et compétences associées : - Exprimer sa pensée à l’aide d’outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux. Thématique complémentaire : La modélisation et la simulation des objets et systèmes techniques Attendus de fin de cycle : Analyser le fonctionnement et la structure d’un objet Connaissances et compétences associées : - Analyser le fonctionnement et la structure d’un objet, identifier les entrées et sorties

? ? ? ? ? ? ? ? ? Démarche d’investigation : problématique Panneaux solaires Avec du gaz Energie solaire Energie éolienne Quelles autres solutions / énergies pourraient faire tourner l’hélice ? Energie musculaire ? ? ? ? Energie hydraulique Energie cinétique ? Avec une manivelle ? La DI débute par une situation problématique proposée aux élèves. Les élèves répondent par des énergies et/ou des solutions techniques Energie cinétique  repris par les élèves mais montre qu’ils n’ont pas compris ? ? ? Comme dans un barrage !

Les maquettes : terrains d’investigation Pile à combustible à eau salée Super condensateur Cellule photovoltaïque Des maquettes sont ensuite distribuées aux groupe d’élèves (différenciation pédagogique) afin qu’ils puissent débuter leur investigation. Pile à combustible à eau salée = pile à combustible à carbonate fondue (MCFC) Catalyseur = plaque de magnésium Super condensateur Cellule photovoltaïque Moteur à air comprimé Thermopile Pile à combustible à hydrogène = pile à membrane d’échange de protons (PEMFC) Transformation de l’H2O en O2 et H2 Moteur à air comprimé Thermopile Pile à combustible à hydrogène

Investigations par les élèves Lors de la DI, les élèves vont : Analyser le fonctionnement afin de déterminer les principes techniques utilisés Déterminer l’autonomie de la solution Comment se transforme l’énergie (???  énergie mécanique (rotation de l’hélice)) Quel est le confort d’utilisation de la solution Quelles évolution a permis la mise au point de la solution technique ? (principes techniques, physiques, chimiques)

Démarche d’investigation Quelques traces écrites des élèves Croquis Organisation Rendement Concevoir et conduire un protocole expérimental Confort d’utilisation

Mise en place d’une restitution de la démarche d’investigation sous la forme d’une capsule vidéo Consigne : Réalisation par chaque équipe d’une capsule vidéo d’une durée de 2 minutes présentant le fonctionnement de la solution investiguée. Visionnage de la vidéo Travail sur l’analyse des erreurs, des oublis La restitution de la DI se fait sous la forme due capsule vidéo de 2min  réalisation d’un scénario pour présenter la solution investiguée Elle pourrait se dérouler lors d’une phase de revue de projet. Cette phase de restitution a permis à certains élèves de s’apercevoir de certaines erreurs commises : pas le bon vocabulaire, manque de vocabulaire…

Les maquettes et systèmes techniques contemporains Bus équipé de super-condensateur (ville de Nice) Planet Solar Ford C-Mac Solar Energy Solar Impulse Afin de répondre aux questions Les solutions « investiguées » sont-elles utilisées, utilisables ? Des liens sont élaborés entre les maquettes et des solution techniques grâce à la mise à disposition de docs ressources 1 – Quant –e-Sportlimousine = moteur à eau salée 2 – Bus de la ville de Nice équipés de super condensateurs (qui se rechargent à chaque arrêt via un bras téléscopique) 3 – Véhicule solaire tels que le Planet Solar, le Solar Impulse ou encore la Ford C-Max Solar Energy (ne fournit que 20% d’énergie) 4 – Véhicules à hydrogène 5 – Effet Seebeck, inverse de l’effet Peltier qui permet de fournir un courant continu grâce à une différence de température 6 – Véhicules à air comprimé, constructeur MDI (moteur conçu par G. NEGRE, ingénieur Français) Effet SeeBeck

Visionnage et analyse des capsules vidéo Consigne : Pour chaque capsule vidéo, préparer un bref compte rendu qui met en évidence l’énergie, la solution technique utilisée ainsi que l’impact dans la société Les élèves utilisent ensuite les capsules des autres équipes afin d’analyser de nouvelles solutions techniques (+ressources) Ces autres solutions techniques ont-elles des avantages, des inconvénients par rapport à la solution investiguée initialement : Cette solution peut-elle induire des changements dans la société ? (impact sur l’environnement ?, impact sur les comportements?) Ex : voiture à hydrogène = oui mais si le processus de fabrication de l’hydrogène est réalisé à partir d’énergie propre (éolien…) et non énergie fossile.

Bilan des investigation menées et compréhension critique des objets et systèmes techniques Retour et analyse des capsules vidéo Principes techniques Solutions / Systèmes techniques Principes physiques Energie Principes Chimiques Quelle solutions techniques pour assurer la propulsion de différents véhicules? Formalisation Bilan : 1 - Reprise de la problématique de départ de la DI Retour sur l’analyse des capsules vidéo 2 – dépend des énergies (solaire, pneumatique…) 3 – se traduit par l’utilisation d’une solution technique faisant appel à des principes techniques, physiques et chimiques Formalisation 4 – Débat autour de « LA/LES BONNES SOLUTIONS »  avantages et inconvénients 5 – Quels changements induits dans la société  DD et comportement (achat/utilisation d’un véhicule, …) Changements induits dans la société Débat Développement durable Comportement

Autres documents associés Le cahier des apprentissages J’enrichis mes langages et moyens d’expression « J’ai appris ce qu’était l’effet Seebeck : c’est un scientifique allemand qui a découvert comment créer de l’électricité grâce à une différence de température, grâce à une thermopile. L’effet inverse est l’effet Peltier. » Adélie J’apprends à coopérer « J’ai appris à travailler en équipe et à partager les tâches dans le groupe suivant nos qualités» Steven Je me situe dans le temps et dans l’espace pour comprendre le monde qui m’entoure « Quelle énergie, solution pour demain ? C’était la problématique que M. DELONNELLE nous a donnée, mais selon moi, c’est la meilleure expérience (mon expérience) car elle ne pollue pas… mais pourquoi on ne l’utilise toujours pas ? A-t-elle un problème que mon équipe et moi n’avons pas trouvé ? » Ketty Je sais utiliser mes erreurs pour progresser « J’ai compris, quand j’ai vu la vidéo que je disais beaucoup d’erreurs, que je donnais les avantages de la solution. Je n’étais pas assez concentré et je n’utilisais pas le vocabulaire : air comprimé, interrupteur… » Christopher Journal des apprentissages (avoir une réflexion sur l’activité que je viens de faire en classe) 8 rubriques : j’enrichis mes langages et mes moyens d’expressions Je sais mieux gérer l’information et les médias J’apprends à coopérer J’apprends à organiser mon travail Je sais utiliser mes erreurs pour progresser Je me situe dans le temps et dans l’espace pour mieux comprendre le monde qui m’entoure J’apprends à devenir citoyen Lanceurs : Ce que je retiens du cours aujourd’hui… Ce que j’ai appris et que je ne savais pas avant… Ce que j’ai aimé faire… Ce que j’aimerai approfondir… Ce que j’ai compris… J’apprends à coopérer « Avec mon équipe, j’ai appris à mieux écouter les autres, à trouver les bonnes paroles à dire ou à écrire » Ketty