Travail interdisciplinaire (Technologie - Sciences Physiques - SVT- Mathématiques) en lien avec le thème de convergence ENERGIE

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1 Travail interdisciplinaire (Technologie - Sciences Physiques - SVT- Mathématiques) en lien avec le thème de convergence ENERGIE Ce travail, initié dans le cadre du groupe Sciences académique collège, a été développé au collège Cleunay à Rennes en Technologie et Sciences Physiques sur quatre groupes de troisième. Objectif : Créer de la cohérence entre les enseignements scientifiques par le biais d'un projet commun prenant appui sur un thème de convergence et le programme de Technologie. Contexte : Les deux enseignants (Technologie - Sciences Physiques) ont proposé à quatre groupes de 20 élèves le thème de travail suivant : «Comment produire de l'énergie en autonomie au collège?». Le travail a été initié en Technologie dans le cadre du programme de troisième. La progression en Sciences Physiques a été aménagée pour introduire au moment opportun les notions nécessaires à la poursuite du projet. Modalités : Les étapes de réalisation du projet en Technologie servent de fil conducteur tout au long de l'année. La situation déclenchante, qui présentait la facture d'électricité du collège montrant que la salle de Technologie consommait trop d'énergie, amenait la question suivante : «Comment peut-on produire de l'énergie électrique en autonomie au collège?» La construction du cahier des charges se fait les premières semaines en cours de Technologie. Le cours de Sciences Physiques doit être coordonné pour pouvoir aborder la notion d'énergie électrique juste avant la définition des niveaux d'exigence des fonctions du cahier des charges. La progression du cours de Technologie se déroule ensuite classiquement. Lors de la recherche de solutions techniques, la notion de transformation d'énergie doit avoir été abordée en cours de Sciences Physiques. 1

2 Contraintes rencontrées : La principale contrainte rencontrée a été d'harmoniser la progression des quatre disciplines : en SVT : aborder en début d'année l'impact des énergies sur l'environnement ; en Sciences Physiques : harmoniser la progression sur celle de Technologie ; en Mathématiques : savoir réagir en classe aux besoins des élèves au cours du projet. Évaluation : En plus de l'évaluation disciplinaire classique d'un projet technologique et des connaissances en Sciences Physiques, notre idée était de contribuer à la validation de certaines compétences du socle pour les élèves. Dans la compétence 3, l'évaluation de la démarche scientifique a été particulièrement notre souci. Annexes : - Situation déclenchante, séance 1 - Cahier des charges document élève à compléter - Exemple de démarche d investigation Notion d énergie électrique 2

3 Situation déclenchante séance 1 : Mon collège Mon collège est celui de Cleunay, j'y suis depuis plus de 3 ans. Des travaux ont déjà été faits, d'autres sont prévus, aménagements et amélioration des salles, équipements matériels et informatiques supplémentaires, changement du système de chauffage... Tous ces travaux représentent des coûts importants, certains sont prévus pour améliorer nos conditions de travail, d'autres pour faire des économies d'énergies. Les économies d'énergies? C'est un sujet dont tout le monde parle en ce moment, les énergies renouvelables en particulier! Le Gestionnaire de l établissement vient de revoir la facture d électricité d'aout Il est très mécontent : cette dernière est très largement supérieure à ce qui était prévu! Il pense qu'une part importante de cette augmentation de la consommation d'électricité du collège provient de la salle multimédia. 3

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5 Cahier des charges - Document élève à compléter : Cahier des charges fonctionnelles Produire de l'énergie en autonomie Classe de 3 ème Chocs Œil Lois Énergie Espaces extérieurs Projet FP1 Collège Salle multimédia Environnement naturel Intempéries Habitants du quartier Budget 5

6 FP1 FONCTIONS permettre au collège de produire de l'énergie en autonomie. Critères d'appréciation Niveaux d'exigence 6

7 Cahier des charges complété : FONCTIONS Critères d'appréciation Niveaux d'exigence FP1 permettre au collège de produire de l'énergie en autonomie. Autonomie Type d'énergie produite Énergie utilisée doit être naturel Énergie électrique 220v alternatif 1 respecter les normes et les lois en vigueur. lois le projet doit respecter les lois et les normes en rigueur 2 être agréable à voir. Discrétion Ne doit pas être vu à moins de 75 mètres Couleur en adéquation avec l'environnement naturel du projet 3 résister aux chocs. Résistance Doit résister à un choc au moins égal à 750 N. 4 Le projet ne doit pas encombrer les espaces extérieurs. Encombrement Ne doit pas se trouver dans les espaces publiques 5 pouvoir alimenter une salle multimédia. Quantité d'énergie produite Produire au moins 130 kw par jour 6 résister aux intempéries. Imperméabilité Résistance au vent Étanche à la pluie Résiste à un vent de 70 km/h Le projet ne doit pas gêner les habitants du quartier Bruit moins de 80 db à 100m 7 Luminosité Odeur Ne doit pas faire de l'ombre plus de 800 lux à 75 mètres Aucune odeur à 75 mètres 8 respecter un budget donné. budget Budget inférieur respecter l'environnement naturel. environnement Ne doit pas émettre des substances qui pourraient polluer la nature comme le CO 2 7

8 Exemple de démarche d'investigation - Notion d'énergie électrique Les éclairages changent et se modernisent Les lampes à incandescence, après plus d un siècle d existence ( ), disparaissent peu à peu de nos dispositifs d éclairage. Elles sont maintenant remplacée par des lampes fluocompactes ou des lampes à DEL. -Le choix de l une d entre elles se fonde-t-il uniquement sur des considérations esthétiques? -Dans le rayon luminaire d un magasin, parmi les lampes proposées ici, lesquelles vaut-il mieux choisir et pourquoi? Documents à utiliser : Type de lampe Puissance de la lampe (en watts) Temps de fonctionnement (en heures) Nombres de tours de compteur Energie consommée (en watts heures) Lampe à incandescence 75 W 10 h 300 Wh Lampe fluocompacte 14 W 10 h 56 Wh Lampe à incandescence 25 W 10 h 100 Wh Lampe à DEL 10 W 10 h 40 Wh 8

9 MESURE DE L ENERGIE ELECTRIQUE classe : 3 durée : 1h la situation-problème Les lampes à incandescence, après plus d un siècle d existence ( ), disparaissent peu à peu de nos dispositifs d éclairage. Elles sont maintenant remplacée par des lampes fluocompactes ou des lampes à DEL. Le choix de l une d entre elles se fonde-t-il uniquement sur des considérations esthétiques? Dans le rayon luminaire d un magasin, parmi les lampes proposées ici, lesquelles vaut-il mieux choisir et pourquoi? le(s) support(s) de travail - Image détaillée de plusieurs types de lampes comportant les données nécessaires à l étude énergétique de chaque lampe. - Photo de compteurs électriques (ancien et nouveau modèle) sur lequel on aura fait ressortir les kwh ainsi que l équivalence nb de tours / Wh consommés. le(s) consigne(s) donnée(s) à l élève - Rechercher des hypothèses pour répondre aux questions posées (après reformulation par le professeur). - Utiliser les documents proposés pour réaliser la démarche choisie afin de faire un choix de lampe. dans la grille de référence L énergie les domaines scientifiques de connaissances Pratiquer une démarche scientifique ou technologique Observer, rechercher et organiser les informations. Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes. Raisonner, argumenter, démontrer. Communiquer à l aide de langages ou d outils scientifiques ou technologiques. les capacités à évaluer en situation Extraire les informations des documents, et les organiser pour les utiliser. Calculer, utiliser une formule. Formuler des hypothèses. Proposer et mettre en œuvre un calcul. Présenter un résultat sous une forme appropriée : -exprimer le résultat d un calcul. -exprimer une conclusion par une phrase correcte. les indicateurs de réussite Proposer une ou plusieurs hypothèses qui répondent à la situation identifiée. Le problème étant clairement identifié, l élève met en œuvre une démarche. Ordonner et structurer une solution 9

10 dans le programme de la classe visée les connaissances L énergie électrique E transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est donnée par la relation E = P t les capacités Calculer l énergie électrique transférée à un appareil pendant une durée donnée et l exprimer en kwh. les aides ou "coup de pouce" aide à la démarche de résolution : - Rappeler qu un récepteur consomme de l énergie : il faudra donc comparer les énergies consommées par chaque type de lampe. - Seule la puissance nominale est indiquée sur l emballage des lampes. - Faire le lien entre la puissance de chaque lampe exprimée en W et l unité de mesure d énergie du compteur en kwh. apport de savoir-faire : - On peut déterminer l énergie consommée par une lampe. - On donne la formule E = nb de tours 2,5 apport de connaissances : - C est le compteur électrique qui mesure l énergie consommée par une installation électrique (on peut montrer le fonctionnement d un vrai compteur). les réponses attendues : - Il y a une relation entre la puissance nominale indiquée sur l emballage d une lampe et l énergie qu elle consomme : E = P t. - Les lampes «basse consommation» consomment donc moins d énergie car pour une qualité d éclairage similaire, leur puissance nominale est plus faible que celle des lampes à incandescence. 10