Les modèles réduits solaires

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1 Les modèles réduits solaires La course de modèles réduits solaires comporte des épreuves d endurance et de pilotage. L occasion pour les jeunes de s impliquer dans un travail collectif tout au long de l année et de participer à une rencontre conviviale et à un challenge passionnant. Le contexte L'énergie solaire est en plein développement et elle est d ores déjà accessible aux plus jeunes Les scolaires d aujourd hui seront demain les professionnels ou les utilisateurs de cette énergie abondante et renouvelable L objectif Concevoir un projet qui débouche sur une réalisation concrète présentée au public Utiliser l énergie solaire comme support pédagogique pour un travail collectif Passer de la théorie aux travaux pratiques, et de l enseignement au ludique. Les acteurs Un projet conduit en classes de Seconde, Première et Terminale Sciences de l Ingénieur Dans le cadre des Mini projets du programme d ISI, des Travaux Personnels Encadrés de 1 ère et des Projets Pluri technologiques Encadrés de Terminale Contact : Frédéric Bonnaud fbonnaud@ac-lyon.fr Le principe Plusieurs manches pour chaque catégorie de véhicules radiocommandés Deux jours de course sur une boucle fermée d'environ 20m x 10m Un podium pour superviser la course tout en guidant les bolides Des prix attribués selon des critères aussi variés que la performance, l innovation, l'esthétique ou le dynamisme des équipes.

2 L étude de faisabilité : Le budget des établissements scolaires n étant pas extensible, une étude précise du coût met en évidence la nécessité de trouver des partenaires. Chaque groupe d élève ayant pu concrétiser son projet, pourra promouvoir les partenaires. L espace web alloué à ce défi, l organisation des stands lors des épreuves sont autant de supports possibles pour les partenaires. «FOURNIR L ENERGIE» Le panneau solaire : Nous avons droit à cm2 de surface de cellule. Sans tomber dans les excès, il reste 2 choix raisonnables possibles : 14 cellules de 125mm x 125mm ou 22 cellules de 100 x 100mm. L encombrement maximum hors tout toléré pour le véhicule est de 800 par 500mm. 14 cellules de 15 = 210 «COMMUNIQUER AVEC LA VOITURE» La Radiocommande: Le récepteur étant sous le panneau solaire, qui est en silicium, son antenne doit être dégagée pour éviter les pertes de contrôle. Une radio programmable permet de programmer la course du servomoteur et de limiter la puissance utilisée. Si le temps ce jour là ne permet que 50% de la puissance des moteurs, il faut programmer l émetteur pour que la course des gaz soit à 50% et le pilote n a plus d autre souci que de garder la voiture sur la piste Emetteur + récepteur = 80

3 «PROPULSER ET DIRIGER» Les moteurs et servomoteurs: un moteur par roue nécessaire pour assurer la propulsion et un servomoteur pour assurer la direction. La puissance disponible sur le panneau solaire est environ de 25 watts maxi. (La radiocommande a besoin de 1 ou 2w) Les moteurs devront absorber une puissance de 12,5w chacun. Les rendements réalistes pour ce genre de micromoteur sont d environ 65% à 70% pour les meilleurs. L énergie thermique perdue sera inférieure à bien ventilés, les aimants néodyme supportent plus de 80, cela conduit petit en taille. 3w. Ces moteurs sont très au choix de moteur très 2 moteurs brushless + 1 servomoteurs = 70 «DISTIBUER L ENERGIE» La commande des moteurs par contrôleurs La commande d un moteur brushless nécessite un contrôleur adapté, celui-ci doit être directement piloté par le récepteur. Le générateur d impulsions délivre les mêmes signaux que ceux utilisés pour la commande des servomoteurs. Les mettre en parallèle ne pose aucun problème. Les modèles 12A ou 18A assure un freinage très efficace. Il faut une rallonge en Y à 2 prises, pour connecter les deux contrôleurs au récepteur. 2 contrôleurs pour moteurs brushless = 40 «STOCKER L ENERGIE» Les accumulateurs LiPo: Un accumulateur Lithium Polymère se charge jusqu à 4,2V et supporte au maximum 4,25V par élément en fin de charge. A première vue 2 éléments LiPo semblent l idéal pour 14 cellules de ce type. Avant le début de l épreuve l accumulateur doit être complètement déchargé, puisque toute l énergie fournie à la voiture doit être d origine solaire. 1 Batterie LiPo = 20

4 Cité scolaire du Bugey : L association des laboratoires de Génie Electrotechnique et de Sciences de l Ingénieur propose : En classe de Première Scientifiques Sciences de l Ingénieur, nous travaillons avec Planète Sciences et le CNES depuis plusieurs années pour concevoir et lancer des minifusées complètement autonomes, intégrant un dispositif de récupération. Une Fusée À l École L opération "Une Fusée à l école" propose aux lycéens de concevoir et réaliser une fusée durant l année scolaire. Ces réalisations permettent d aborder des notions de mécanisme et d électricité. Des outils tel que les logiciels de CAO, d aide à la trajectographie peuvent être utilisés en soutien au projet. Le travail par les élèves regroupés en équipe, leur permettra de s initier aux sciences et techniques et d expérimenter une démarche de projet L opération en quelques chiffres 1 propulseur fourni par minifusée 4 membres d une équipe pour réaliser une minifusée en moyenne 35 heures au minimum pour réaliser une minifusée 70 euros en moyenne pour une minifusée 200 km/h, c est la vitesse de la fusée en vol 600 g, c est typiquement la masse d une minifusée. Intérêt pédagogique La minifusée pourra permettre aux élèves : d acquérir des notions de mathématiques, de mécanique et de physique relative au vol de la fusée, à sa stabilité, de mettre en ouvre des savoirs et savoir-faire en mécanique, en électricité, en électronique pour concevoir et de réaliser un système d ouverture de la porte parachute, de travailler en équipe et de réaliser un projet en un temps limité en suivant une méthodologie de projet, de découvrir les activités spatiales industrielles, les satellites et le monde de l ingénierie. La réalisation de plusieurs minifusées au sein d une même classe permet de tester différents systèmes de récupération et de comparer ainsi les solutions techniques trouvées. Déroulement du projet La menée du projet expérimental passe par différentes étapes qui permettront aux jeunes de découvrir (par la pratique!) la méthodologie de projet telle qu elle s applique dans le monde professionnel : Définition des différents systèmes qui équipent la fusée Réalisation des plans Expérimentation et réalisation des maquettes des systèmes Réalisation de la fusée Validation de la stabilité par simulateur Lancement et récupération de la fusée Le lancement de la fusée est toujours un moment fort du projet.

5 En classe de Terminale Scientifiques Sciences de l Ingénieur, dans le cadre du défi-rap académique de robotique, les élèves élaborent et structurent des fonctions originales sur une base robotique de la société POB Technology. Un robot d aide à la personne Le défi RAP (Robot d'aide à la Personne) consiste en une rencontre inter-établissements au sein de l'académie de Lyon. Les élèves de la section Scientifique qui ont opté pour la filière Scientifique Sciences de l'ingénieur (SSI), élaborent, au cours de l'année, un Projet Pluritechnique Encadré (PPE) innovant et motivant ayant un caractère utile. Ils présentent leurs travaux lors d'une journée où des jurys formés d'élèves et de professeurs évalueront diverses compétences basées sur un cahier des charges. Ce projet constitue une vitrine académique de la filière Scientifique des Sciences de l'ingénieur et participe à la promotion de la filière. Objectifs du défi RAP Organisation générale du défi Le Défi RAP constitue un exemple de bonnes pratiques pédagogiques. Ce projet, par la prise en compte des recommandations pédagogiques sur la conduite des PPE en terminale SSI en constituera une illustration. Échanges entre établissements Ce projet contribue à la mise en place d'échange entre établissements. Il permettra de conduire une réflexion pédagogique commune notamment sur l'introduction du prototypage rapide dans les PPE. Favoriser l'utilisation de technologies innovantes Favoriser une approche de conception qui permette de sensibiliser les élèves aux techniques d'ingénierie concourante ou simultanée Trois machines de prototypage rapide sont mutualisées afin de permettre la réalisation d'au moins une pièce de la partie opérative du robot. Contraintes pédagogiques Ce projet correspond aux préconisations pédagogiques : durée de 30 heures cahier des charges rédigé par l'équipe L'évaluation de ce projet sera conduite dans les mêmes conditions que les autres PPE de l'établissement et indépendamment du déroulement du défi académique. Contraintes techniques La fonction principale du robot doit répondre à une problématique d'aide à la personne au sens large (valide ou non valide).la réalisation s'appuiera sur l'utilisation du KIT robot POB BOT de POB Technology. Le robot peut être un prototype à échelle (réduite ou non). Le choix de l'outil de programmation n'est pas imposé. Différentes solutions sont proposées en libre d'accès par le fournisseur du robot. Au moins une pièce de la partie opérative sera réalisée en prototypage rapide (imprimante 3D) dans le cadre d une démarche innovante d ingénierie.