Partie abordée. Centre d intérêt 1. Quel système de chauffage choisir pour chauffer un logement? Analyse et conception de l objet technique

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1 pour chauffer un logement? SEQUENCE N 1 Comment fonctionnent les systèmes de chauffage électrique? Partie abordée Analyse et conception de l objet technique

2 CI1 : Séquence 1 Organisation : Classe Groupe Durée : 3H00 Type de démarche : Investigation Résolution de problème Nouvelles compétences disciplinaires visées C1-4 : Décrire sous forme schématique, le fonctionnement de l objet technique. C2-4 : Décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée. I2-4 : Rechercher plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée. Nouvelles compétences du socle commun visées Nouvelles compétences du B2I visées. Pré requis, compétences à réinvestir Notions abordées Schéma, croquis. Evaluation Evaluation formative au cours des investigations. Evaluation de C2-4 et I2-4 lors de la séquence dévaluation de ce centre d intérêt. Evaluation de C1-4 au cours de la séquence 3 de ce centre d intérêt. Remarques pour améliorer la séquence

3 CI1 : Séquence 1 Déroulement : Première séance (1H00) Introduction (situation déclenchante) : Phase collective. Le professeur commence par rappeler le thème de l année de quatrième : «Confort et domotique». Il pose alors la question suivante : «qu est ce que la domotique?». Pour avoir un début de réponse, le professeur propose de diffuser la vidéo «la maison domotisée». Appropriation du problème : Phase collective. Après avoir vu les différents domaines d application de la domotique (éclairage, son, vidéo, informatique, chauffage, etc.), le professeur revient sur le fait que le chauffage constitue l un des pôles les plus importants de consommation d énergie dans une maison. Quelles sont les différentes solutions techniques de chauffage que vous connaissez? Quelles sont les autres solutions de chauffage existantes? Parmi ces systèmes lesquelles fonctionnent à partie de l énergie électrique? Voici autant de questions auxquelles les élèves devront répondre au cours de l investigation. Formulation de conjectures, d hypothèses, de protocoles possibles : Phase individuelle Le professeur met en place un conflit sociocognitif afin d établir une liste de solutions techniques connus des élèves permettant de chauffer une maison. Le professeur repasse la vidéo sur la maison domotisée et pause sur les différents mode de chauffage utilisés dans cette maison (chauffage au sol par le gaz de ville, puits canadiens, poêle à bois). Les élèves recopient et complètent la fiche d investigation 1/2 à partir de la vidéo et de leurs connaissances personnelles. Matériel : Vidéo projecteur Vidéo «la maison domotisée» Fiche d investigation 1/2 (à projeter au VP) 1 ordinateur pour 2 élèves avec accès Internet Ou Documents du CDI sur les appareils de chauffage électrique Ou Documents constructeur sur les appareils de chauffage électrique Investigation : Phase individuelle Les élèves utilisent les moyens mis à leur disposition (livres, documents techniques constructeur, Internet, etc.) pour rechercher d autres solutions de chauffage et les solutions existantes pour chauffer une maison à l aide de l énergie électrique en vue de la séance suivante. Synthèse de l investigation : Phase collective Le professeur fait un rapide tour de classe afin d établir une liste la plus exhaustive possible des solutions techniques que les élèves ont trouvées ce qui permet de compléter la fiche d investigation 1/2. Conclusion de la séance : Phase collective Le professeur conclut la séance en attirant l attention des élèves sur le fait que pour répondre à une même fonction d usage (chauffer une pièce à l aide de l énergie électrique) il existait plusieurs solutions techniques. Evaluation formative : Le professeur portera son attention sur les méthodes de recherche sur Internet (utilisation des outils de recherche, mots clés, choix des sources, etc.)

4 CI1 : Séquence 1 Déroulement : Deuxième séance (1H00) Introduction (situation déclenchante) : Phase collective. Le professeur commence par rappeler la définition du mot «domotique» donnée à la séance précédente. Il rappelle ensuite que l un des pôles de consommation d énergie le plus important dans une maison est le chauffage. Nous avons vu à la séance précédente qu il existait plusieurs solutions techniques permettant de chauffer une pièce à partir d une même source d énergie (convecteur, panneau rayonnant, chauffage au sol, etc.) Le professeur sort alors les trois types de chauffage qui vont servir de support d investigation (l échantillon de chauffage au sol, le convecteur et le convecteur soufflant) Appropriation du problème : Phase collective. Nous allons étudié ces solutions techniques. Comment fonctionnent ces appareils? Comment sont-ils conçus? Quels sont leurs avantages et inconvénients? Voici autant de questions auxquelles les élèves devront répondre au cours de l investigation. Formulation de conjectures, d hypothèses, de protocoles possibles : Phase individuelle Le professeur propose aux élèves de formuler des conjectures sur le principe de fonctionnement de ces systèmes, leurs avantages et leurs inconvénients. Investigation : Activité en groupe (6 groupes de 4 à 5 élèves). Le professeur divise la classe en 6 groupes. Les élèves lisent les pages web sur les sites ressources sélectionnés par le professeur (évaluation formative pour le B2I : compétences C1.1 et C1.2). Chaque groupe étudie une technologie de chauffage électrique (convecteur électrique, radiateur soufflant, chauffage électrique au sol) et rédige une trace écrite qui servira de base à la présentation orale aux autres groupes. Cette trace constitue la fiche d investigation 2/2 de cette activité. Le professeur présentera la fiche d investigation 2/2 vierge comme exemple de présentation. Conclusion de la séance : Phase collective Le professeur demande aux élèves de finir cette investigation à la maison pour la séance suivante, il revient sur les conseils données lors de l évaluation formative (comment réaliser un schéma et un croquis). Matériel : 2 convecteurs électrique à démonter. 2 convecteurs soufflants électrique à démonter. 2 échantillons de chauffages au sol à étudier Vidéo projecteur Vidéo «la maison domotisée» 1 à 3 ordinateurs par groupe avec Internet (ou sites capturés) Sites ressources : radiateur.comprendrechoisir.com/ comprendre/ introduction_radiateurs chauffage-electrique.php? Doss=16&Art=438#pa439 technique/dossiers/28/dossier_1.aspx Fiche d investigation 2/2 vierge (à projeter au VP) Fiche synthèse vierge (à projeter au VP) 1 Photocopie par élève des fiches «synthèse» Evaluation formative : Le professeur portera son attention sur les schémas et les croquis réalisés par les élèves (précision, utilisation d une légende, etc.)

5 CI1 : Séquence 1 Déroulement : Troisième séance (1H00) Introduction (situation déclenchante) : Phase collective. Le professeur demande à chaque groupe d élèves de rappeler le sujet de leur investigation menée à la séance précédente. Synthèse de l investigation menée à la séance précédente : Phase collective Chaque groupe vient présenter le résultat de sa recherche au tableau (utilisation du TBI recommandé pour sauvegarder une trace de la synthèse). Le professeur demande aux élèves de recopier la fiche «synthèse» à partir du site du professeur. Bilan de la séquence : Phase collective Le professeur conclut en attirant l attention des élèves sur le fait que pour répondre à une même fonction d usage, il existe toujours plusieurs solutions techniques et que chacune d elles correspond à un usage particulier (lieu, condition d utilisation, etc.) Pour trouver les différentes solutions techniques permettant de répondre à un usage, les élèves ont utilisé différentes sources (papier, multimédia, etc.). Il revient également sur le fait que pour décrire une solution technique, il faut décrire le principe de fonctionnement (de manière textuelle et schématique) ainsi que les avantages et inconvénients. Le professeur répond aux dernières questions des élèves si nécessaire. Matériel : 1 convecteur électrique à démonter. 1 convecteur soufflant électrique à démonter. 1 échantillon de chauffage au sol à étudier Vidéo projecteur 1 TBI 1 à 3 ordinateurs par groupe avec Internet (ou sites capturés) Sites ressources : radiateur.comprendrechoisir.com/ comprendre/ introduction_radiateurs chauffage-electrique.php? Doss=16&Art=438#pa439 technique/dossiers/28/dossier_1.aspx Fiche d investigation 2/2 vierge (à projeter au VP) Fiche synthèse vierge (à projeter au VP) Evaluation formative : Le professeur portera son attention sur la description à l oral du principe de fonctionnement.

6 Fiche d investigation 1/2 : Nous avons vu que, cette année, le thème abordé en cours de technologie sera le «confort et la domotique» Mais qu est ce que la domotique? La domotique est l ensemble des technologies de l'électronique, de l'informatique et des télécommunications utilisées dans les habitations. La domotique vise à assurer des fonctions de sécurité (comme les alarmes), de confort (comme les volets roulants), de gestion d'énergie (comme la programmation du chauffage) et de communication (comme les commandes à distance) que l'on peut retrouver dans la maison. Il s'agit donc d'automatiser des tâches en les programmant ou les coordonnant entre elles. Les principaux domaines dans lesquels s appliquent les techniques de la domotique sont : la programmation des appareils électroménagers. la gestion de l'énergie, du chauffage (par exemple, il peut s'arrêter quand la température atteint 19 C), de la climatisation, de la ventilation, de l éclairage, de l ouverture et de la fermeture des volets (par exemple en fonction de l'ensoleillement), de l'eau (le remplissage de la baignoire peut s arrêter automatiquement grâce à un senseur, les robinets de lavabos peuvent ouvrir l eau à l approche de mains, etc.). la sécurité des biens et des personnes (alarmes, détecteur de mouvement, interphone, digicode). Le «confort acoustique». Il peut provenir de l'installation d'un ensemble de haut-parleurs permettant de répartir le son et de réguler l intensité sonore. La gestion des ambiances lumineuses. La compensation des situations de handicap. La domotique peut constituer un outil de respect de l'environnement par la maîtrise de la consommation énergétiques de l habitat. Ainsi, par exemple, il devient possible de couper le chauffage lorsque l on ouvre une fenêtre, l'éclairage d une pièce peut aussi fonctionner selon la présence ou non d un individu, on peut programmer l ouverture et la fermeture des volets en fonction de l heure, etc. Le chauffage constitue l un des pôles les plus importants de consommation d énergie dans une maison. Il existe différents moyens de chauffer une maison selon les énergies disponibles :... Il existe plusieurs solutions techniques permettant de chauffer un logement à partir d une même source d énergie. Si l on prend l électricité comme source d énergie, nous pouvons chauffer un logement avec :...

7 Fiche d investigation 2/2 : Type de chauffage électrique étudié :. Principe de fonctionnement : Schéma du principe de fonctionnement (convection ou conduction) Constitution : Croquis Avantages : Inconvénients Conseil d utilisation (lieu, circonstance, etc.)

8 Nous avons rechercher lors de cette activité différentes solutions techniques permettant de répondre à une même fonction d usage : chauffer une maison à l aide de l énergie électrique. 1. A retenir : Ce que vous devez savoir faire : C1 : Décrire sous forme schématique, le fonctionnement de l objet technique. C2 : Décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée. I2 : Rechercher plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée. Fiche synthèse : Nous avons vu que pour décrire une solution technique, il été possible de le faire par un texte qu l on complète par un croquis ou/et un schéma. La différence entre un croquis ou un schéma et un dessin technique, c est l'exactitude et la ressemblance avec la vérité. Un dessin technique se doit d être précis et doit coller à la réalité (échelle, dimensions, forme, etc.) Un croquis va prendre des éléments de la réalité et les simplifier pour être plus compréhensible et plus rapide (ex : tu fais un hexagone pour montrer la France et une botte pour l'italie) Un schéma va reprendre le concept que l'on veut démontrer, sans forcément coller à la réalité, dans les formes, les emplacements,... (ex : tu écris "France" et tu écris "Italie" et tu fait une flèche entre les deux pour montrer qu'il y a échange par exemple). A la différence des dessins techniques, les croquis et les schémas peuvent se faire à main levée. Pour une meilleur compréhension, il est conseillé d utiliser de la couleur. Dessin technique Croquis Schéma 2 France 197 M 312 M Carrosserie PVC Couleur rouge Italie 1 1 Châssis PVC Couleur noire Rep Nb Désignation Matière Obs. ECH. 1:1 VOITURE RADIOCOMMANDEE Echanges d énergie électrique entre pays limitrophes de la France. Echanges Commerciaux entre la France et L Italie. DEPOILLY PIECES MAITRESSES A4 VUE ECLATEE ET NOMENCLATURE

9 Correction fiche d investigation 2/2 : Type de chauffage électrique étudié : Le convecteur électrique Air chaud Principe de fonctionnement : Comme son nom l'indique, le convecteur utilise le mécanisme de convection c'est-à-dire qu'il chauffe l'air ambiant. L'air froid entre par la partie basse de l'appareil, monte en température au contact de la résistance et du radiateur puis ressort, chaud, à travers une grille frontale. Constitution : Air froid Principe de la convection Grille de sortie d air chaud Façade (carcasse) Boîte de réglage Radiateur Grille d entrée d air froid Résistance Avantages : Les convecteurs chauffent très vite. Ces radiateurs conviennent pour les pièces occupées par intermittence et les petites pièces en général. Les radiateurs à convection sont les moins chers des radiateurs : vous en trouverez à partir de 30. Inconvénients : Les radiateurs convecteurs ont une très faible inertie : une fois coupé, la sensation de froid se fait à nouveau rapidement sentir. Ces radiateurs sont peu puissants : ils assurent le chauffage autour d'eux, mais chauffent moins bien à distance. Ils ne sont pas conseillés pour chauffer une pièce supérieure à 20 m2. Les convecteurs produisent une chaleur "sèche", remuent les poussières et font du bruit. Conseil d utilisation (lieu, circonstance, etc.) Maison neuve (très bien isolée), petite pièce peu utilisée (chambre, dressing, etc.)

10 Correction fiche d investigation 2/2 : Principe de fonctionnement : Type de chauffage électrique étudié : Le convecteur soufflant électrique Air chaud Comme son nom l'indique, le convecteur soufflant utilise le mécanisme de convection c'est-à-dire qu'il chauffe l'air ambiant. L'air froid entre par la partie arrière de l'appareil, le ventilateur dirige l'air froid vers la résistance au contact de laquelle il monte en température. le ventilateur expulse ensuite cet air chaud dans la direction voulue et crée ainsi une sorte de courant d'air chaud. Constitution : Grille d entrée d air froid Principe de la convection Air froid Moteur Grille de sortie d air Résistance torrique Capteur de T Hélice Bouton de réglage de la soufflerie Bouton de réglage de la T Avantages : Il chauffe extrêmement rapidement, quasi instantanément. Il est très peu cher : à partir de Euros. Il est très léger, petit et donc très mobile : vous pouvez le prendre avec vous lorsque vous changez de pièce. Il est parfait pour les salles de bain. Il possède parfois une fonction ventilateur d air froid pour l été. Inconvénients : Les radiateurs convecteurs ont une très faible inertie : une fois coupé, la sensation de froid se fait à nouveau rapidement sentir. Ces radiateurs sont peu puissants : ils assurent le chauffage autour d'eux, mais chauffent moins bien à distance. Ils ne sont pas conseillés pour chauffer une pièce supérieure à 20 m2. La soufflerie est bruyante. Conseil d utilisation (lieu, circonstance, etc.) Maison neuve (très bien isolée), petite pièce peu utilisée dans laquelle il faut faire monter la température très rapidement (salle de bain).

11 Correction fiche d investigation 2/2 : Type de chauffage électrique étudié : Le plancher chauffant rayonnant électrique Principe de fonctionnement : Des câbles électriques chauffants sont placés dans une chape de faible épaisseur coulée sur un isolant thermique ou thermo-acoustique. Ces câbles assurent la totalité du chauffage de la pièce. Le plancher diffuse une chaleur douce qui se propage de façon homogène et se communique aux objets, aux parois et aux personnes présentes dans la pièce par conduction puis les objets propagent la chaleur par rayonnement. La température du plancher est limitée à 28 C pour le confort des jambes. Principe de la conduction Constitution : Revêtement de sol collé ou scellé Chappe flottante Elément chauffant Isolant thermique et acoustique Plancher (support) Avantages : Un espace libéré grâce à l'absence de radiateur. Une chaleur qui se dégage uniformément. L'absence d'entretien. Inconvénients Elle est réalisée par un professionnel, seul capable de respecter les règles de mise en œuvre. Le carrelage est le revêtement le mieux adapté à une bonne diffusion de la chaleur. Les moquettes sur mousse et les parquets flottants ne sont pas autorisés. Le coût d'un plancher rayonnant électrique est compris en moyenne entre 40 et 60 Euros TTC par mètre carré de surface chauffée, chape flottante non incluse. Conseil d utilisation (lieu, circonstance, etc.) Ce système de chauffage convient aussi bien aux logements neufs qu'aux logements à rénover. Il est bien adapté aux pièces de grande hauteur sous plafond ou dotées d'une mezzanine.