Etude de la production d’électricité à partir de l’énergie solaire (effet photovoltaïque et effet thermoélectrique)

 Dimanche 17 avril

 Arrivée

Après un voyage en train puis en car, Alexandre, Lucas, Robin, Raphaël et Aurélien arrivent sur le centre de séjour scientifique de Prabouré. Ils rejoignent ainsi Evrard qui est arrivé avec ses parents.

Les enfants s’installent dans leurs chambres puis tout le monde se retrouve pour le dîner. Comme nous fêtons l’anniversaire d’Evrard, nous avons un excellent gâteau au chocolat en dessert. Après le temps libre, nous faisons une veillée avec des petits jeux pour faire connaissance et essayer de retenir le prénom de tout le monde. Ensuite, les animateurs nous expliquent le déroulement de la journée du lendemain

 Lundi 18 avril

Ce matin, nous prenons le petit déjeuner entre 08h00 et 9h00. Ensuite, tout le monde remonte dans les chambres pour se laver les dents, s’habiller et ranger ses affaires.

A 09h30, c’est le forum. Il s’agit d’un instant de discussion avec les animateurs. Comme nous sommes au début du séjour, nous définissons les règles de vie sur le centre.

A 10h00, chaque groupe part en activité scientifique avec son animateur.

 1. Phase contact

Notre défi consiste à faire chauffer de l’eau uniquement avec l’énergie du soleil. Pour cela, nous disposons de bouteilles en plastique (0,33 L), remplies d’eau du robinet, de peinture (noire et blanche) de carton, de barquette en aluminium.

Raphaël et Evrard ainsi Robin et Alexandre décident de peindre leur bouteille en noir et de la placer en en plein soleil. Lucas et Aurélien utilisent la barquette en aluminium comme un miroir pour réfléchir les rayons du soleil sur leur bouteille. Nous avons également une bouteille témoin.

le dispositif expérimental

Nous relevons la température de l’eau dans chaque bouteille toutes les 15 minutes et nous reportons ensuite les valeurs sur un tableur.

enregistrement des données

Nous remarquons que tous les dispositifs utilisés permettent d’avoir un température supérieure à celle du témoin. Le dispositif « barquette » est le plus efficace au début de l’expérience, mais ensuite ce sont les bouteilles peintes en noir qui ont la température la plus élevée. Cela est probablement dû au fait que le soleil a tourné et que la barquette ne concentre plus les rayons du soleil sur la bouteille.

Il est maintenant temps d’aller déjeuner. Après le repas, nous avons un temps libre jusqu’à 14h00. Puis, nous avons un activité extra-scientifique. Aujourd’hui, nous jouons au jeu l’ambassadeur. Il y a 2 équipes et un joueur de chaque équipe doit faire deviner un mot à ses camarades en mimant.

Ensuite c’est le goûter, puis à 16h30 nous reprenons les activités scientifiques.

 2. Phase découverte

Nous nous divisons en 3 groupes. Chaque groupe dispose d’un moteur électrique et d’un ensemble d’engrenage (kit OPITEC). Il s’agit d’assembler le tout pour fabriquer un petit véhicule. Ce qui n’est pas si simple !

Nous faisons ensuite les premiers essais avec une pile électrique.

A 18h00, nous arrêtons les activités scientifiques pour aller prendre une douche et nous reposer. Puis, c’est le dîner et le temps libre.

Vers 20h30, nous sortons pour une petite randonnée. Nous n’apercevons malheureusement pas d’animaux, mais nous pouvons admirer une magnifique lune rousse et les premières étoiles de la nuit.

Enfin, nous rentrons au centre pour nous coucher.

 Mardi 19 avril

 3. Phase approfondissement

Nous prenons le petit déjeuner à partir de 08h00, puis à 9h30 c’est le forum. A 10h00, nous allons en activité scientifique. Nous terminons l’assemblage des kits OPITEC.

Puis, nous utilisons les cellules photovoltaïques pour faire tourner les moteurs.

Dans un premier temps, nous mesurerons la tension électrique produite à l’aide d’un voltmètre par une cellule seule puis par 2 cellules.

Puis nous branchons un moteur sur une cellule. Il tourne !

Puis nous plaçons une cellule sur les véhicules. Malheureusement la puissance fournie est insuffisante pour faire avancer les véhicules. Il faudrait les modifier pour diminuer les frottements.

A midi, nous arrêtons nos travaux pour aller déjeuner. Puis c’est le temps libre.

A 14h00, nous allons en activités extra-scientifiques. Nous profitons du beau temps pour faire des jeux en extérieur (sardine, gamelle...).

A 16h30, nous reprenons les activités scientifiques. Nous étudions des modules Seebeck.

La première expérience consiste à relier un panneau contenant plusieurs modules Seebeck à une pile électrique. nous mesurons la température des 2 faces d’un des modules. Nous notons une légère augmentation de la température de l’une des faces (25,3°C à la fin de l’expérience) alors que l’autre face se refroidit légèrement (23,5°C) ; Les 2 faces étaient à 24,2 °C au début de l’expérience. La passage du courant électrique crée donc un flux de chaleur dans le module.

La deuxième expérience consiste à essayer de créer un courant électrique à partir d’un flux de chaleur. Une face du panneau est exposée au soleil tandis que l’autre est refroidie.

Nous mesurons la tension produite. Elle est très faible (environ 0,1 V).

Nous faisons plusieurs essais, puis nous allons nous doucher. Ensuite, c’est le dîner et le temps libre.

Nous terminons la journée autour d’un feu de camp, en compagnie des élèves d’un collège venus en classe sciences.

 Mercredi 20 avril

Après le petit déjeuner et le forum, nous allons en activité scientifique. Nous essayons de faire une expérience pour étudier l’effet de serre. Nous disposons de 3 grands saladiers en verre placés au soleil. Dans le premier saladier, il n’y a rien. dans le deuxième il y a un verre d’eau et dans le troisième un petite bougie allumée. Nous plaçons également un thermomètre sous tous les saladiers et nous relevons régulièrement la température. L’objectif est de mettre en évidence le rôle de la vapeur d’eau et du CO2.

Nous constatons que la température de l’air augmente rapidement dans les 2 premiers saladiers (28,9 °C et 28,1 °C au bout de 20 minutes). Par contre, la température du troisième saladier augmente beaucoup moins (23,3°C). Notre expérience n’est donc pas très concluante. Plusieurs points sont à revoir. La durée de l’expérience. Peut-être aurions nous dû la prolonger ? Le rôle de la bougie. La combustion produit du CO2 mais aussi de la chaleur et donc des mouvements d’air ce qui peut favoriser des entrées d’air frais par le bas. Enfin, lors des mesures certains enfants ont fait de l’ombre sur les saladiers...

Ce thème n’étant pas notre sujet principal, nous retournons à nos Seebeck...

Nous essayons d’améliorer la production d’électricité en utilisant un petit dispositif qui permet de mettre une face du module au contact de l’eau chaude et une autre au contact de l’eau froide.

Là encore la tension produite reste faible et, de plus, l’écart de température entre les 2 compartiments d’eau diminue rapidement. Il nous faut trouver un système plus performant qui permette d’avoir de la chaleur d’un coté du Seebeck et du froid de l’autre. Pour faire de la chaleur, pas de problème, il y a les fours solaires expliquent Lucas et Alexandre qui en ont déjà construit. Nous pourrions peut-être en utiliser. Nous passons donc sur l’ordinateur pour faire les plans.

Midi arrive bientôt et nous allons dans les chambres chercher les sacs à dos. En effet, nous partons en randonnée pour l’après-midi. Après une demi-heure de marche (en montée !) nous arrivons dans les Hautes Chaumes (pâturages d’altitude). Nous nous arrêtons près d’un ruisseau pour manger.

le pique-nique dans les Hautes Chaumes

Après quelques parties de balle aux prisonniers magistralement arbitrées par Florent, nous reprenons notre marche. Nous passons près d’une tourbière et nous arrivons au col des Supeyres (1366 m d’altitude). Nous faisons une pause pour prendre le goûter et nous faisons demi-tour. Près du ruisseau où nous avons pique-niqué, nous faisons une nouvelle pause pour disputer de nouvelles parties de balle aux prisonniers et nous arrivons au centre vers 18h00 pour une douche bien méritée.

Après le diner et le temps libre, les enfants ont organisé une veillée casino.

 Jeudi 21 avril

 4. Projet de recherche

Ce matin, après le petit déjeuner et le forum , nous commençons notre projet de recherche. Nous décidons de construire 2 fours solaires. Aurélien et Evrard construiront un grand four solaire en polystyrène tandis que Lucas, Alexandre et Aurélien décident de construire un petit four en carton. Le fond du four sera constitué par le panneau de module Seebeck et sera surélevé de façon à laisser passer une lame d’air pour assurer le refroidissement. Nous nous mettons aussitôt au travail.

A midi, nous arrêtons nos travaux pour aller déjeuner et nous reprenons à 14h00. En effet, comme nous n’avons pas eu d’activités scientifiques hier après-midi, nous faisons plus de sciences aujourd’hui pour pouvoir avancer notre projet.

Aurélien et Evrard, qui ont fini les premiers ont le temps de faire la décoration de leur four.

Ils ont également le temps de procéder aux premiers essais avant le goûter. La température du four atteint 70 °C. Il fonctionne !

Après le goûter, nous nous accordons une pause d’une demi-heure, puis nous retournons en salle. Nous décidons de construire un troisième four, de petite taille et en polystyrène. toute l’équipe s’y met et le four est terminé à 18h00. Les enfants peuvent prendre leur douche et aller dîner.

Ce soir, c’est la boum !

 Vendredi 22 avril

L’activité scientifique du matin est consacrée aux essais de nos trois fours. Nous les plaçons au soleil et nous mesurons la température à l’intérieur du four ainsi que la tension électrique produite.

Pour le four n°1 (grand four en polystyrène), la température maximale atteinte est de 57°C et le tension maximale est de 0,29 V. Pour le four n°2 (petit four en carton) la température maximale est de 41,3 °C et la tension maximale de 0,27 V. Pour le four n°3 (petit four four en polystyrène) la température maximale est de 41,6 °C et la tension maximale de 0,18 V. Les mesures ont duré environ 30 minutes par four et la température extérieure est de 13,7 °C en début d’expérience. Le ciel est dégagé.

Nous arrêtons nos mesures à midi pour aller déjeuner. Après le repas, nous disons au-revoir aux collégiens qui quittent le centre.

Ensuite, nous allons en forêt pour jouer au sagamore (jeu de rôle). Nous rentrons au centre pour le goûter.

A 16h30, nous reprenons nos activités scientifiques. Nous décidons de modifier les fours pour les améliorer. Nous voulons à la fois mieux fermer les fours pour avoir plus de chaleur à l’intérieur et mieux refroidir le dessous. L’objectif étant d’avoir un écart de température entre les 2 faces du panneau le plus important possible. Le four n°1 est donc surélevé tandis que le four n°3 est légèrement raccourcit.

Lucas, Evrard et Raphaël s’occupent des mesures tandis que Alexandre et Aurélien commencent à préparer la retransmission du lendemain.

Pour améliorer le refroidissement, nous utilisons un ventilateur placé derrière le four, près du sol (en réalité un petit moteur OPITEC sur lequel nous avons placé une hélice).

Les résultats obtenus sont les suivants. Pour le four N°1, la température maximale est de 55,9°C et la tension maximale de 0,27 V. Pour le four n°3, la température maximale est de 41,0°C et la tension maximale de 0,14 V.

Nous pouvons donc constater que la production d’électricité reste faible. Pour augmenter l’efficacité de notre dispositif, il faudrait améliorer l’étanchéité du four, en particulier à la jonction entre le module Seebeck et le film plastique qui constitue le dessus du four. Il faudrait aussi et surtout améliorer le refroidissement de la face externe du panneau Seebeck (dessous du four).

Après la douche et le diner, nous jouons au Loup Garou.

 Samedi 23 avril

 5. Retransmission

Ce matin, nous prenons notre petit déjeuner et allons au forum comme d’habitude. L’activité scientifique est consacrée à la préparation de la retransmission. Nous résumons nos expériences et nos résultats sur 2 grandes affiches.

Tout est prêt à midi, nous pouvons aller déjeuner. Après le repas, la boutique est ouverte et certains achètent quelques souvenirs pierres, produits régionaux (saucisson, fromage).

A 14h30, la retransmission commence. Chaque groupe explique aux autres groupes ce qu’il a fait pendant la semaine.

Une fois la retransmission terminée, nous allons dans les chambres pour préparer les valises car nous quittons tous le centre demain, sauf Evrard qui reste une deuxième semaine.

Nous interrompons les inventaires pour le goûter, ensuite les enfants qui sont prêts jouent au Loup Garou tandis que les autres terminent leurs valises.

Après le diner, nous jouons avec Théo à un jeu appelé « Il était une fois » dans lequel il faut inventer une histoire. A 21h30, tout le monde est au lit. Demain, nous nous levons tôt !

 Dimanche 24 avril

Ce matin, nous nous levons à 07h30. Après un petit déjeuner léger, nous disons au revoir à Évrard et nous prenons le car pour Saint Étienne. Là, nous prenons le TGV. Nous arrivons à Paris vers 13h00 et nous pouvons ensuite rentrer chez nous. Bonnes fêtes de Pâques à tous et à bientôt pour de nouvelles aventures à Prabouré.