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Séjour PARADISAEA - Les moteurs solaires (19 juillet au 2 aout 2009)


7-9 ans
Lieu : Vacances Scientifiques
Domaines : Aéronautique, Ingénierie, Energies renouvelables, Electronique, Electricité ,


… Après un bon voyage vers le Centre d’OBJECTIF SCIENCES et l’accueil par nos éducateurs, nous nous installons dans de belles chambres. Avant le coucher, un grand jeu nous permet de faire connaissance.

 Lundi :

Contact : à partir de la demande formulée avant le séjour à titre de sensibilisation :

« Les avions volent avec leurs ailes, mais il leur faut un moteur et une énergie … En attendant de nous retrouver pour travailler sur les moteurs solaires, pour faire voler un avion fonctionnant avec l’énergie du soleil, je souhaiterais te confier une mission importante : te renseigner sur les différentes parties et fonctions d’un avion et en particulier ce qui lui permet de voler. Ensuite, si tu le peux, fais une recherche sur Internet et / ou sur le dictionnaire sur ce qui concerne les moteurs solaires. Ces résultats nous permettront ainsi de démarrer rapidement sur l’étude que nous aurons à effectuer ensemble. Bon courage et à bientôt, L’éducateur : Claude Roussillot »

Présentation de chacun à partir du même plan avec les attentes. Présentation du plan de la semaine avec la décomposition de la journée.

Lors de l’Activité Scientifique, nous décrivons rapidement un avion et nous faisons les premières manipulations sur de petits moteurs que l’on fait fonctionner avec des piles électriques et aussi avec l’énergie du soleil. Après une AES – Activité Extra Scientifique -, consacrée à une bonne partie de « Ballon – Gamelle », nous fabriquons un petit camion à moteur avec transmission par engrenage.

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 Mardi :

On construit un avion en papier pour avoir une idée des caractéristiques du vol aéronautique. Chacun fait un anémomètre simple pour mesurer la force du vent ; pour cela, il suffit d’un carré de carton et d’un fil lesté. Le beau temps nous permet de faire voler un planeur léger ; nous commençons ainsi à comprendre les fonctions prises en compte, le rôle des ailes et du gouvernail de direction. Une petite récréation avec la dégustation de la confiture de myrtilles confectionnée par les archéologues venus en voisins. Entre les AS, randonnée à la tourbière proche avec les 1 « 10 – 12 ans ». Là, le grand jeu de l ‘ « Epervier » nous permet de conquérir tout le terrain par un beau soleil. A la veillée, nous avons la projection du film « Home ».

 Mercredi :

Le matin, l’AS se passe dans la petite salle de bricolage où nous alternons théorie et pratique avec la mesure de la Tension en Volts et de l’Intensité en Ampères. Ceci nous amène à la notion de Puissance électrique que nous savons exprimer en Watts. Nous commençons à aborder la Résistance électrique que nous mesurerons demain matin. La règle des 3 doigts (ou règle du bonhomme d’Ampère) nous permet de relier la direction du courant électrique, celle du magnétisme et celle de la force de déplacement.

Pour mieux comprendre notre projet sur les moteurs solaires pour l’avion solaire PARADISAEA du groupe d’ados, nous découvrons les fonctions de l’avion, ses fonctionnalités surtout en ce qui concerne les moteurs nécessaires pour voler et se diriger.

Nous reprenons les fonctions principales de l’avion en les affectant à chaque membre de l’équipe :
-  ALEX pour le VOL, l’ACCELERATION et le FREINAGE utilisera un moteur solaire actionnant l’hélice,
-  TOM pour le VOL, l’ASCENSION et la DESCENTE utilisera un moteur pour le stabilo (ou empennage) ; il aura à considérer le décollage et l’atterrissage de l’avion à cet égard,
-  IAN pour le VOL, les VIRAGES à droite et à gauche utilisera un moteur pour la dérive.

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L’après-midi, en Activité Extra Scientifique, nous demandons à jouer à « Poule-Renard-Vipère » et comme il fait beau, nous allons faire ce jeu vers les pistes près du centre.

Après le goûter, nous reprenons notre activité scientifique, avec la préparation à la fameuse veillée du professeur Duglobule, centrée sur nos activités de recherche. Pour notre groupe, il s’agissait d’une expédition en Sibérie où l’archéologue CIBOULOMAGNON un archéologue délivrait de la glace un homme préhistorique qui connaissait déjà la cellule photovoltaïque et l’avion solaire PARADIS PLODOCUS.

Essai d’un gros moteur d’avion d’aéromodélisme. Nous nous intéressons à l’étude du poste de mesure de la force de traction de l’hélice grâce au banc dynamométrique et au poste de mesure de la vitesse par le tachymètre à rayon laser.

 Jeudi :

Le projet de recherche se précise : il se composera d’un banc d’essais pour les différentes mesures à effectuer sur les moteurs et d’un dispositif de simulation des différentes fonctions de l’avion utilisant ces moteurs (manœuvres de l’hélice, du gouvernail, des freins, etc).

Le Banc d’Essais comprend :

-  Le poste de Mesure de la Vitesse de l’hélice à l’aide du Tachymètre à rayon laser,
-  Le poste de Mesure Electrique du circuit électrique (Tension, Intensité, Puissance) comprenant les moteurs et le générateur avec notamment les cellules photo et thermo voltaïques, et ce, à l’aide du multimètre en Voltmètre et Ampèremètre,
-  Le poste de Mesure de la Constante Solaire pour la détermination de l’énergie solaire destinée à charger le générateur,
-  Le poste de Mesure de la Force de l’Hélice à l’aide du dynamomètre.

En AS, avec le tachymètre à laser, nous mesurons la vitesse de l’hélice sur un petit moteur :
-  avec une pile de 4,5 V, nous trouvons 7529 pales / minute, soit 2509 Tours / minute,
-  avec 2 piles identiques, nous trouvons 8292 pales / minute, soit 2764 Tours / minute.

On calcule la somme des tensions de batteries en série et l’on mesure la tension aux bornes d’une résistance, ce qui nous permet de confirmer sa valeur en faisant R = V/I. Avec le poste de mesure dynamométrique, nous déterminons la force de traction de l’hélice, soit 40 Kilogrammes Force. Nous abordons ensuite les premières notions sur les condensateurs : pour nous, ce seront de petits générateurs chargeables en un temps relativement court et déchargeable en un temps limité que nous nous emploierons à maîtriser. Ils comportent 2 conducteurs séparés par un isolant. Nous comparons les 2 types de moteurs intervenant pour les fonctionnalités de l’avion :
-  pour le vol de l’avion, le moteur tourne complètement durant un certain nombre de tours : il faut donc un générateur constamment chargé,
-  pour les autres, le moteur ne doit tourner que d’un certain angle, avec une certaine vitesse, compatible avec le virage à prendre, l’ascension ou la descente à amorcer : il faut donc un « générateur » temporaire et ce sera un condensateur.

Ces notions et principes bien acquis, nous nous proposons de ne les mettre en œuvre que la semaine prochaine. Pour se récréer après ces efforts intellectuels, nous travaillons sur un petit modèle de bateau à hélice actionnée par un moteur alimenté par une pile photo et / ou thermo voltaïque ; nous la finaliserons et testerons demain sur le petit ruisseau sympathique qui court dans la belle forêt, derrière le centre.

 Vendredi :

En AS, nous commençons par une activité de bricolage ; le petit bateau est bientôt prêt avec un logement au-dessus pour les cellules photo voltaïques et un autre au-dessous, en contact avec l’eau froide pour les cellules thermo voltaïques avec l’utilisation de l’effet Seebeck (c’est l’écart de température avec l’air ambiant qui produira de l’électricité).

L’après-midi, après une AES échevelée écourtée à cause de la pluie, nous reprenons l’AS et, comme le temps est revenu au beau, nous allons tester notre bateau.

Si en chemin, le soleil est suffisant pour faire fonctionner notre hélice par les cellules photo voltaïques, dans le ruisseau, le faible écart de température n’arrive pas à déclencher l’effet escompté avec les cellules Seebeck.

Lors de la retransmission du lendemain, nous referons cette expérience avec des conditions plus étudiées.

La veillée du soir sera très animée avec les nombreux stands de la grande kermesse

Demain, nous préparerons la retransmission qui aura lieu l’après-midi avec des visiteurs extérieurs.

Cette retransmission correspondra pour nous à un premier bilan et une communication à nos « clients » du groupe de projet de l’avion Paradisaea, au bout de la première semaine.

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Jérôme POULET,
date de publication : 25 juillet 2009,
date de dernière mise à jour : 29 juillet 2009


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Les concepts abordés
sur cet article

Energie/Puissance, Circuits électriques,

Le matériel abordé sur cet article

Seebeck/Peltier,