LE LYCÉE CHAPTAL PARTICIPE AU SHELL ÉCO-MARATHON 2014

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1 LE LYCÉE CHAPTAL PARTICIPE AU SHELL ÉCO-MARATHON 2014 Contact : Lycée Chaptal, 6 allée Chaptal, Saint Brieuc Tel : Enseignants responsables du projet : Mr ALLAIN Guillaume : guillaume.allain1@ac-rennes.fr Mr LECLERC Eric : eric.leclerc@ac-rennes.fr Courriel : ce u@ac-rennes.fr

2 Le projet éco-marathon Shell au lycée Chaptal Préambule : dans le cadre de la mise en place de la réforme des STI2D, le Lycée Chaptal a décidé au CA de juin 2011 de se lancer dans l aventure du challenge européen en partenariat avec l équipe de l IUT de Saint-Brieuc qui participe depuis 4 ans à cette manifestation procurant à la section STI2D une image propre, l implantant durablement dans le paysage des formations du LEGT Chaptal. En quoi consiste le projet et quels sont les objectifs de participation? A - Le challenge : ses objectifs, l édition 2013 pour exemple. Présentation de l éco-marathon Shell sur le site challenge existant depuis Priorité aux étudiants L équipe gagnante a parcouru l équivalent de la distance séparant Rotterdam à Athènes avec un seul litre de carburant. Après trois jours de compétition dans les rues de Rotterdam, le Shell Eco-marathon Europe 2013 vient de s achever par la remise des prix que neuf pays se sont partagés. Cent quatre-vingt-trois trois équipes d étudiants pro- venant de vingt-quatre pays se sont affrontées sur le circuit urbain, surprenant tout le monde en établissant, dans des circonstances particulièrement difficiles, cinq nouveaux records. Les résultats sont établis sur la mesure de la plus longue distance parcourue avec l équivalent d un kilowatt-heure (kwh) ou d un litre de carburant. Les équipes peuvent concourir dans deux catégories principales : 1 - Les prototypes Véhicules futuristes et aérodynamiques à trois ou quatre roues au rendement énergétique optimisé. 2 - Les «Urban Concept» Catégorie regroupant des véhicules à quatre roues, proches de nos véhicules urbains, construits dans le respect de critères plus conventionnels et conçus pour répondre aux besoins des conducteurs d aujourd hui. 2

3 B - L édition 2013 et ses performances : Rotterdam, le 19 mai 2013 Liste des résultats de la dernière édition avec le classement de notre team à la 32 ème place sur 64 participants dans la catégorie! Nous sommes fiers de notre score étant donné qu il ne s agit que de notre seconde participation cette année. Classement N Nom du team Nom de l établissement Pays Score 3

4 C - La participation de la promotion STI2D du LEGT Chaptal Saint-Brieuc En courant dans la catégorie des prototypes, le LEGT Chaptal se propose d initier les élèves, de 1 ères et de terminales STI2D, à l utilisation d un prototype ayant déjà fait ses preuves : véhicule acquis sur fonds propres auprès de l IUT. Leur objectif est d'en améliorer les performances dans le champ de la combustion et des systèmes de communication embarqués, fournissant par là, matière à apprendre les principes fondamentaux des sciences et de la technologie par le biais d activités en laboratoire et par des séances d entraînement sur circuit permettant de reconduire à bien ce projet de septembre 2013 à mai Cette démarche s'intègre dans la réforme de la filière du nouveau baccalauréat des Sciences et Techniques de l'industrie et du Développement Durable (STI2D) qui vise à favoriser la pédagogie par projets. 1 - Dans le tronc commun d'enseignement technologique L'objectif de la formation STI2D, au travers de ce projet, consiste à partir d'un objet technologique existant à en analyser les procédés technologiques, de les comprendre et de les améliorer, tant du point de vue des performances pures que de leur compatibilité environnementale. Il consiste en l'analyse d'un système dans ses composantes MEI (Matière, Energie, Information). Il s'agit bien de «créer, imaginer, concevoir, modéliser, réaliser». De ce point de vue, quatre pistes seront suivies durant l année scolaire par les élèves et les enseignants. a- La carrosserie Les élèves étudieront différentes formes de carrosseries quant à leurs performances en termes de coefficient de pénétration dans l'air et d'évolution en lien avec l'entreprise Citroën. Ils seront confrontés au choix des matériaux à employer pour la réalisation des différentes pièces du prototype qu'ils voudront faire évoluer. Ils devront établir un compromis entre le coût, le poids et les performances. b - La motorisation A l'issue d'un travail sur la composition des carburants fossiles et l'influence de la température d'autoinflammation mais également sur l'impact environnemental en termes de rejets de polluants et de mise en œuvre de dispositifs visant à en limiter le rejet, les élèves envisageront de faire évoluer un moteur à carburateur vers un moteur à injection électronique. Dans le cadre de cette étude, ils aborderont les principes de la motorisation hybride, de l'énergie cinétique sur un moteur thermique et de l'équation de la combustion. Sera également abordée la thématique du moteur électrique avec le problème des batteries d accumulateurs au plomb. c - L'ergonomie de l'habitacle Ils travailleront également sur l'ergonomie de l'habitacle en liaison avec les règles de sécurité de l'écomarathon pour l'extraction du pilote. Parmi les pistes envisagées, la modification de la direction permettra d'aborder des notions de représentation symbolique et de représentation du réel via la DAO, la schématisation cinématique et la modélisation des dispositifs en vue d'en étudier les caractéristiques. 4

5 d - La suspension Une des autres pistes d'amélioration sera de travailler sur le système de suspension du prototype. Au cours de ce travail, les élèves aborderont les notions de transfert de charge et de vibrations dans les systèmes mécaniques. 2 - Dans les enseignements de spécialité A partir des pistes envisagées en enseignement transversal, les élèves se répartiront les champs d'investigation selon la spécialité qu'ils ont choisie. a - Innovation Technologique et Éco Conception - ITEC Initiation à la préparation d un moteur à 4 temps : o Lois thermodynamiques. o Prototypage de la culasse (fraisage) o Programmation d un calculateur d injection/allumage électronique Modélisation et adaptation d un système de roue libre (entraînement de la roue arrière) : o Utilisation de logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO: SOLIDWORKS) o Prototypage avant usinage pour adaptation du moyeu :(FAO : EFI-CN) o Simulation du fonctionnement de la transmission (XAO: MECA 3D) Étude de l aérodynamisme : o Utilisation du module COSMOS FLOWORKS (SolidWorks) pour simuler l évolution de l écoulement de l air sur différents profils de carrosserie. Réalisation d un banc d essai moteur : o Mise en application des lois mécaniques sur les notions de puissance, couple, pression et consommation spécifique. b - Systèmes d'information et Numérique - SIN Conception d un système d affichage de la vitesse du véhicule. o Étude des bus (Control Area Network). o Mise en œuvre de la numérisation d un signal analogique (du capteur au compteur digital) Programmation d'un boîtier électronique o Relever une cartographie existante (analyse des valeurs de capteurs et actionneurs). Les BTS SE du Lycée Chaptal (systèmes électroniques) seront sollicités pour leurs compétences en la matière. 3 - D'un point de vue éducatif plus général Les élèves actuels de la section STI2D se sont très rapidement approprié le projet. Il a d'ailleurs été le moteur du choix d'orientation en STI2D pour nombre d'entre eux à l'occasion des présentations qui en ont été faites lors des journées portes ouvertes du lycée et des séances de présentation dans les lycées des secteurs de Saint Brieuc, de Guingamp et de Lamballe. Les élèves ont déjà désigné, parmi eux, un team manager. Ils sont fortement impliqués dans les démarches de recherche de sponsors et dans les actions à mener pour financer une partie du projet Ils ont également décidé de prendre sur leur temps libre (3h le mercredi après-midi), pour créer, monter et ajuster des éléments mécaniques (roues et moyeux, moteur, transmission, organes électroniques), pour réaliser et mettre en place une roue libre, pour fabriquer un caisson de transport, ainsi que pour paramétrer un calculateur de gestion moteur (injection/allumage) et à terme, effectuer des séances de pilotage sur piste (cour du lycée). Ce projet nécessitant la réalisation de pièces mécaniques pour lesquels ces élèves n'ont pas de compétences, ils devront également travailler en collaboration avec des élèves du baccalauréat professionnel Technicien d'usinage. Cet aspect concourra à leur faire acquérir des compétences en termes d'explicitation de besoin, de travail collaboratif au sein d'un groupe mais également avec des entités distinctes. Il leur permettra aussi de mieux connaître ce type de formation et de la valoriser à leurs yeux en appréhendant les compétences qui lui sont propres. 5

6 4 - La participation du lycée au challenge 2014 En se rendant de nouveau à Rotterdam en mai prochain, afin de participer au challenge, les élèves seront amenés à mettre en pratique les connaissances acquises en anglais lors des rencontres avec les concurrents venus de tous les horizons (Pays-Bas, Allemagne, Angleterre, Italie, Espagne, Ukraine, Russie...). En participant, à cette course, aux côtés de l IUT de Saint-Brieuc, ils poursuivront la réflexion sur leur projet de poursuite d études supérieures lors de rencontres avec les autres lycéens engagés, les étudiants des établissements d enseignement supérieurs et des écoles d ingénieurs. a - Les partenariats et soutiens recherchés Le projet, de participer au Challenge Eco-marathon Shell et de défendre les couleurs «briochines», ne s est monté que par la volonté initiale de la filière Génie des Matériaux de l IUT de Saint Brieuc et du Lycée Chaptal. Ce partenariat a débuté par le cession du prototype n 1 construit par l IUT, moyennant la somme de 5500 euros. Ce dernier ayant fait ses preuves depuis 5 ans. L IUT et l ISTA ont, par ailleurs, construit un prototype de seconde génération pour le challenge La participation, des deux établissements, à cette compétition permettra, pour l année , une mutualisation des frais engagés au titre du séjour (transport des deux prototypes et du matériel de course sur le circuit à Rotterdam, transports des élèves et étudiants). Un projet KARTA sera déposé auprès du Conseil Régional ainsi qu une action de recherche de sponsors par les élèves. Les différents partenaires nous soutenant, nous permettront d améliorer significativement le prototype : l aérodynamisme d une nouvelle coque testée numériquement pour en déterminer le Cx (par l intermédiaire de SolidWorks). l allègement de divers éléments, tels que les roues, le support moteur en aluminium, en ayant au préalable effectué des études de résistance des matériaux pour vérifier les seuils de déformations lors de sollicitations (poids, trottoirs ). L amélioration d un moteur de faible cylindrée (35cm 3 ), actuellement équipé d un carburateur, mais que nous désirons alimenter par un système d injection électronique (nécessitant d y intégrer divers capteurs et actionneurs) prendra place dans un futur proche dans le prototype. La modification du système de freinage (disques à l avant et freinage hydraulique à l arrière). 6

7 b - Le budget prévisionnel Un tel projet représente un budget important dont une partie des sommes a déjà été financée par le lycée sur fonds propres (achat du prototype, de la motorisation, de l'équipement du pilote...). L objectif est néanmoins de permettre aux élèves de STI2D de se rendre une troisième fois à Rotterdam afin d améliorer la performance de 2013, soit 240,6 Kms avec un litre de carburant, et de valider les travaux effectués au cours de l année scolaire. Dépenses Recettes Transport Participation familles Prix unitaire 150 Location bus 2250 Nombre de participants 30 Hébergement chauffeur Locations tables et bancs 100 Location Barnum 500 Participation Shell 500 Sous total 2850 Fond KARTA Prix unitaire 60 Acheminement prototype Nombre de participants Location fourgon 310 Péages 100 Sponsors (chiffres de l'année passée) Carburant 300 Point S 310 CMB 150 Sous total 710 Triskalia 200 Intermarché Plaintel 100 Amélioration prototype 760 Boitier électronique programmable 800 Actions voyages par les élèves 1500 Roulements 500 Coque extérieure (aérodynamique) 2000 Participation lycée 1000 Fournitures diverses 500 Autres Sous total 3800 Dépenses logistique course 500 Nourriture Petits déjeuners tarif unitaire Sur autoroute 7 Au campement 2 Equipe fourgon 102 Equipe car 660 Sous total 762 déjeuner et dîners Tarif unitaire Restaurant 12 camping 3 Equipe fourgon 288 Equipe car 792 Sous total 1080 Tourisme 1000 Total «D un point de vue pédagogique, il s agit d un projet fort, relatif au développement durable autour duquel l apprentissage des élèves sera axé, avec de nouveaux outils informatiques ainsi que des moyens de conception novateurs, vers les nouvelles technologies. Cela permet également à l équipe enseignante de stimuler l apprentissage et la maturité des élèves en les faisant participer activement à ce challenge. «Créer, innover, transmettre» on est au cœur même de la devise du Lycée Chaptal par ce projet qui nous permettra de la mettre en action.» Gil Rivière, Proviseur du lycée Chaptal. 7