Les sources d énergie. Comment utiliser une source d énergie naturelle pour concevoir des objets utiles à l homme.

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1 Les sources d énergie Comment utiliser une source d énergie naturelle pour concevoir des objets utiles à l homme.

2 Un scénario déclencheur Ibla, Les énergies fossiles sont presque épuisées. Les habitants utilisent pour vivre les énergies naturelles et inépuisables, l'eau, le vent, le soleil.

3 Les énergies renouvelables Place dans les programmes du cycle 3 : Éducation à l environnement : «[ ] elle développe une prise de conscience de la complexité de l environnement et de l action exercée par les hommes. Elle s appuie sur une compréhension scientifique pour des choix raisonnés.» Ces choix raisonnés s appliquent aussi aux sources d énergie utilisées. L énergie : - exemples simples de sources d énergie utilisables, - consommation et économie d énergie, - notions sur le chauffage solaire. Le monde construit par l homme : - circuits électriques alimentés par des piles (en prenant le mot «pile» au sens large), - objets mécaniques, transmission de mouvements.

4 Qu est-ce qu une énergie renouvelable? Qu est-ce que l énergie? C est la «capacité d un système à se transformer ou à provoquer des transformations. C est dans ces transformations que l on fait apparaître la notion d énergie. On définit l énergie à partir de ses effets : - mouvement (travail), - chaleur, - rayonnement (lumière notamment). L énergie permet d assurer les besoins vitaux de l homme : se nourrir, se chauffer, se déplacer, s éclairer, transformer les matériaux»1 1 Définition extraite de Sciences et techniques, tome 1, Astronomie et Energie de E. Bolmont et F. Colson, éditions MDI. Source d énergie. Il faut différencier la forme de l énergie de sa source. La source d énergie est ce qui permet de produire cette énergie (exemples : le soleil, le vent, le charbon ). Quand on parle d énergie renouvelable, en fait, on parle de «source d énergie renouvelable», c est une source qu on peut réutiliser ou reformer après son utilisation. Exemples : -soleil, -vent, -bois (mais le renouvellement est long) / biomasse, -eau -terre (géothermie).

5 Comment sont-elles utilisées Le soleil. - pour son rayonnement que l on capte afin de chauffer (chauffe-eau solaire, four solaire), - pour sa lumière que l on capte afin d obtenir de l électricité (panneaux solaires, cellules photovoltaïques). Le vent. - utilisé principalement pour produire de l électricité (éoliennes), ou du mouvement. L eau. - utilisé principalement pour produire de l électricité (barrages hydroélectriques), mais également du mouvement. Le bois / la biomasse. - production d électricité et de chaleur à partir du bois ou de déchets agricoles. La géothermie. - puits canadien : un tunnel est creusé dans le sol à une certaine profondeur et ayant une certaine longueur. L air extérieur passe dans ce tunnel qui reste à une température constante toute l année : il se réchauffe en hiver ou se refroidit en été. Puis, l air passe dans le bâtiment qu il réchauffe ou refroidit.

6 Du schéma à la maquette

7 Trouver le lien entre l objet et la source d énergie Il est difficile pour des enfants d envisager l étape intermédiaire, c est-à-dire concevoir le mécanisme simple qui va permettre d utiliser la source d énergie choisie et la transformer en mouvement, en chaleur, ou en lumière.

8 La démarche A partir du scénario de départ, les enfants ont avant tout, fait le tri entre les énergies fossiles et les énergies dites renouvelables. A l état naturel, le vent, l eau et le soleil sont des facteurs d érosion très importants, néanmoins en les apprivoisant l homme peut envisager l avenir en continuant à produire des biens de consommation sans laisser derrière lui la pollution à grande échelle que nous vivons depuis deux siècles et qui hypothèque fortement notre survie en tant qu espèce.

9 En classe Nous avons donc trier en deux fois les sources d énergie : - Dans un premier temps les énergies fossiles ou renouvelables - Dans un deuxième temps les différentes énergies renouvelables qui pourraient nous permettre de concevoir des objets réalisables sous forme de maquettes. Des familles d objets se sont constituées et des petits groupes d élèves ont choisi de travailler sur la conception d un objet fonctionnant avec le vent, l eau ou le soleil. Ils ont dessiné l objet tel qu ils le concevaient individuellement, puis ils ont choisi celui qui était le plus représentatif de leur choix. Ensuite chaque groupe a tenté de réaliser avec le matériel Celda, la maquette de l objet. La maquette réalisée, chaque groupe l a redessinée de façon schématique et vue sous trois angles différents.

10 Les étapes de fabrication Quelques notions d électricité Nous sommes revenus sur les principes essentiels à retenir. * L ampoule * La notion de circuit ouvert et de circuit fermé. * Le fonctionnement de l interrupteur. * Le montage en série * Le montage en parallèle * La fabrication de lumière, de chaleur et de mouvement. * La transposition avec le solaire. * La construction d un jeu d habileté

11 Du schéma au projet finalisé Pour les élèves, il est essentiel de faire comprendre leur projet à l adulte et de se projeter dans la fabrication avec des matériaux comme le bois, ce qui va engendrer bon nombre d opérations comme de coller, de scier, de fixer, etc

12 Apprendre à se servir des instruments de mesure Pied à coulisse, équerre chapeau, règle de menuisier sont autant d outils dont on comprend l importance dans les actions à réaliser pour que l objet fonctionne mais soit également esthétique.

13 Quelques étapes essentielles

14 Les phases de montage obligent à la coopération et au partage des tâches

15 L importance du schéma et de la régulation qu il nécessite

16 Avec le vent Meules à éoliennes Des chars à voile Des moulins à vent

17 Avec l eau Scie hydraulique Moulin à foulon Ascenseur Hydraulique Moulin à farine

18 Avec le soleil Téléski solaire Voiture solaire Trimaran solaire Chauffe-eau solaire

19 Grue solaire Hydroglisseur Voiture solaire avec engrenages

20 Les applications à travers les maquettes du CPIE Du moulin à la turbine Centrale solaire Éoliennes Les isolants

21 La maison Bioclimatique

22 Une réflexion sur l avenir et les inventions possibles