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1 DEFI TECHNO 2009

2 Présentation : Dans le cadre du défi techno proposé par le groupe départemental Sciences, nous avons réalisé quelques véhicules qui pouvaient se déplacer en autonomie sur au moins 3 mètres. Démarche : Après une rapide présentation de l objectif à atteindre (qui s est révélé être très motivant pour tous les élèves), nous avons commencé par aborder le thème de l énergie. Dans un prolongement «développement durable» nous avons souhaité réaliser des véhicules qui pourraient être «propres». Cela s est avéré difficile à mettre réellement en place, mais nous avons tout de même exclu l énergie fossile. Ensuite, nous avons réalisé quelques maquettes utilisant différents systèmes de propulsion (véhicule à réaction équipé d un ballon de baudruche, bateau à eau avec hélice équipée d un élastique ) afin d avoir des idées pour nos futurs véhicules. Enfin, en fonction de leur affinité pour l un ou l autre des systèmes de propulsion, que nous avions expérimentés ou pas, les élèves se sont répartis sur différents groupes pour essayer de réaliser leur véhicule en adaptant un système de propulsion afin de le rendre suffisamment efficace pour entrer dans la contrainte «3m en autonomie». Une contrainte du défi était le coût par véhicule à ne pas dépasser. Nous avons dans la plupart des cas utilisé des matériaux de récupération, sauf pour le véhicule solaire où nous utilisons des éléments du commerce. De façon générale, les roues des jeux d enfants seront plus faciles à utiliser : les roues en bois et les tiges métalliques induisent des frottements qui demanderont un système de propulsion plus efficace.

3 5 types de véhicules ont été réalisés : - Véhicules à voile : ces véhicules, censés utiliser l énergie transmise par le vent, seront en réalité «alimentés» par un ventilateur qui simulera le vent (il est en effet difficile d avoir le vent nécessaire à la demande!). Après accord des organisateurs, il a été convenu que l on pouvait déplacer le ventilateur afin que le véhicule reçoive un souffle continu. La limite de déplacement sera donc la longueur du fil de la rallonge et/ou la longueur de la piste d essai. - Véhicule à réaction eau/air : inspiré de la fusée à eau que nous avions testée en classe, ce véhicule transpose ce système pour un déplacement à l horizontale. - Véhicule à élastique : ne pouvant pas directement transposer le principe étudié qui utilisait une hélice dans de l eau, les élèves ont adapté le système, la principale difficulté étant la distance à parcourir. - Véhicule à ressort : différents types de ressorts ont été envisagés, testés, mais au final, le type de ressort par enroulement s est imposé. Nous avons donc utilisé un ressort de rappel d enrouleur pour le fil d un aspirateur. Ce système qui a posé plusieurs problèmes de mise au point s avère efficace. - Véhicule solaire : ce véhicule utilise l énergie fournie par un panneau solaire emprunté à un jeu de construction d enfant. Nous avions la possibilité d utiliser un accumulateur qui emmagasinait l énergie produite par le panneau solaire afin de la restituer à la demande, cette possibilité a été écartée afin de ne pas entretenir un doute. Le véhicule est solaire et non alimenté par une pile. Il faut noter que nous avons réalisé ces véhicules en fin d année où les problèmes d ensoleillement se posent moins. En effet, le véhicule s arrête lorsqu il atteint une zone d ombre.

4 1 Véhicules à voile. L idée du char à voile est très vite arrivée : c était le thème de la classe découverte 2009! Propulsion (énergie) : vent (déplacement d air) On crée un déplacement d air derrière la voile pour faire avancer le véhicule. Description : Chariot à roues (3 ou 4) stable Mât en bois ou en métal Voile (anciens T-shirts) Ventilateur pour recréer le vent Réalisation, problèmes et solutions la Très vite la réalisation de chariots à 3 ou 4 roues a commencé dans les différents groupes. Les premières contraintes seront de fixer une voile. Des essais avec une petite voile ne permettent pas un déplacement. On augmente donc taille de la voile. Certains groupes favorisant la légèreté auront un problème de stabilité, d autres préférant la solidité auront des problèmes de poids. Un équilibre entre les deux sera trouvé : des

5 renforts seront supprimés pour certains, pour d autres c est l empattement qui sera augmenté. Une tige métallique légère servira à ouvrir nos voiles. Le mât sera fixé à l aide de vis traversant le support pour les mâts en bois et directement fixé dans le support pour les tiges métalliques cylindriques. La stabilité est souvent précaire et le démarrage parfois difficile (il faut vaincre l inertie au départ!). Mais une fois les véhicules «lancés», la distance parcourue dépasse largement les objectifs fixés. Résultats : Char blanc : 6m95 Char noir : 6m95 Char rouge : 6m15 Nous avons déplacé le ventilateur afin d'avoir un vent constant. La distance parcourue était donc limitée par la longueur du fil électrique. Améliorations : Les principales améliorations seraient de gagner en stabilité et d alléger au maximum les véhicules.

6 2 Véhicules à air comprimé. Vu les résultats obtenus lors de la réalisation de la fusée à eau, ce système de propulsion a suscité un réel enthousiasme. Propulsion : air comprimé. L air comprimé (à l aide d une pompe à vélo) chasse l eau contenue dans la bouteille qui sort. Par réaction, le véhicule se déplace dans le sens opposé. Description : Chariots à 4 roues, stables Bouteille plastique inclinée solidement reliée au support, partiellement remplie d eau Bouchon perforé muni d un tuyau plastique équipé d une valve de vélo Pompe de vélo pour comprimer l air Réalisation, problèmes et solutions Après avoir réalisé le chariot, il a fallu adapter le système de propulsion à un déplacement horizontal.

7 La bouteille sera donc placée légèrement inclinée sinon l air peut sortir sans expulser l eau. Elle devra être solidement fixée au support. Le bouchon devra être étanche! Ensuite, ce sont des «réglages» que réaliseront les différents groupes : après de nombreux essais chacun définit la quantité d eau nécessaire et l enfoncement du bouchon (trop de compression crée une expulsion trop forte qui ne donne pas toujours le résultat souhaité). Résultats : Roues bleues : 5m75 Roues rouges : 9m80 Roues bois : 12m30 (mais ce dernier véhicule a fait un tonneau, donc il y a eu réclamation - le véhicule n'a pas roulé sur toute la distance) Améliorations : Les différents groupes ont bien travaillé sur les réglages. Les améliorations à apporter pour des primaires seraient surtout d ordre esthétique.

8 3 Véhicules à élastique. Ce système, choisi au départ par les élèves qui voulaient adapter le principe du bateau à hélice, a du être repensé. Propulsion : détente d un élastique. On enroule l élastique autour de l essieu arrière, lorsque celui-ci se contracte, il entraîne l axe qui transmet le mouvement aux roues. Description : Chariots allongés avec un axe long pour les roues arrière. Elastique long (chambre à air coupée sur la longueur) fixé à l avant et simplement enroulé à l arrière. Réalisation, problèmes et solutions Plusieurs essais seront réalisés avec différents types d élastiques (élastiques classiques, sandow ).

9 Le premier choix à faire sera le type de réaction souhaité : pour rester dans l esprit du défi on a écarté le choix de réaction par rapport à un support fixe. L enroulement a donc été retenu. La longueur de l élastique pour arriver aux trois mètres nous a fait rallonger les véhicules : plus courts, il n y avait pas assez de détente. L élastique n est pas fixé à l arrière sinon une fois détendu il s enroule à nouveau et freine le véhicule. Suivant le type de véhicule, le support de test ne sera pas le même : beaucoup d énergie est libérée au départ ce qui peut créer une perte d adhérence et donc de précieux centimètres. Résultats : Véhicule court : 3m30 Véhicule long (roue bleue et roue jaune) : 4m77 Améliorations : Un élastique plus performant pourrait remplacer avantageusement la chambre à air. La motricité du véhicule serait également à revoir.

10 4 Véhicule à ressort. Propulsion : détente d un ressort. Un ressort d aspirateur est fixé sur l axe des roues et relié au châssis du véhicule. Une fois remonté, il se détend dans le sens opposé et entraîne l axe des roues. Description : Ressort d aspirateur enroulé autour de l axe des roues (enfermé dans une boîte afin d avoir une détente du ressort guidée). Grosses roues reliées à la propulsion (évite le «patinage») Stabilisation du chariot par un essieu avant Réalisation, problèmes et solutions Après différents essais, le ressort d aspirateur s est imposé. Plusieurs difficultés se sont alors présentées.

11 Le support existant n était pas utilisable en l état : nous ne voulions pas enrouler un fil. Partiellement démonté, le support ne guidait plus le ressort. Nous avons donc créé une boîte suffisamment étroite pour que le ressort soit guidé. Il a suffit ensuite de le relier à l axe des roues : une simple encoche dans celui-ci et une vis de maintien assure la solidité de l ensemble. L autre extrémité du ressort est fixée à la structure. Il faut veiller à bien repérer le sens de rotation afin de ne pas casser le système. Résultat : Véhicule à ressort récupéré sur un ancien enrouleur d'aspirateur : le déplacement n'est pas rectiligne, mais il a parcouru 19m65! Amélioration : Comme le déplacement n est pas rectiligne, on pourrait travailler ce point.

12 5 Véhicule solaire. Propulsion : moteur électrique alimenté par un panneau solaire. Description : Chariot à 4 roues Moteur électrique sur l axe des roues arrière Panneau solaire qui alimente le moteur Réalisation, problèmes et solutions Dès le départ, le groupe qui travaillait sur ce projet a voulu réaliser quelque chose de léger. La réalisation en polystyrène (cassant ou trop gros ) s est avéré peu efficace. Le véhicule réalisé sera donc en bois, mais compact. Pour respecter l empattement des axes existant, des encoches sont réalisées sur l arrière du véhicule. L essieu avant est réalisé de manière ordinaire. L ensemble est simplement solidarisé avec du fil de fer.

13 Ayant opté pour un appareil sans accumulateur, celui-ci ne fonctionne qu au soleil! Résultat : Le véhicule solaire a "calé" en montée (sinon il ne s'arrête pas!) tant qu'il y a du soleil. Il avance lentement, il n a donc pas une inertie suffisante pour franchir les obstacles : la piste doit donc être «lisse». Véhicule solaire : 7m80 Amélioration : Essayer de modifier le système pour utiliser moins d éléments du commerce.

14 Conclusion / remarques : Suivant le type de propulsion choisi, les résultats sont très variables. Les véhicules ayant obtenus les meilleurs résultats ne sont pas forcément ceux qui ont posés le plus de difficultés lors de la réalisation. Certains groupes se sont librement inspirés des progrès réalisés par les autres. Comme dans le cas du véhicule solaire, le véhicule final ne fait pas apparaître toutes les étapes qui ont conduit à la réalisation finale. De manière générale, un déplacement rectiligne est difficile à obtenir. Malgré les prises de repères pour fixer les essieux de manière strictement parallèle, du fait d une mauvaise répartition des masses, de frottements, d imprécision, il est rare de se déplacer en ligne droite. Enfin, ce type de projet est très enthousiasmant pour toute la classe et pas «trop lourd» à mettre en place. A poursuivre

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