Ballon Sonde : Air Maroni 2010

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Julien Picard
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1 Ballon Sonde : Air Maroni Présentation du projet L objectif du projet du ballon sonde est de lâcher un ballon gonflé à l hélium muni d une nacelle. La nacelle contient huit capteurs : deux capteurs de pression ; un acheté et un autre fabriqué par la classe, un capteur d humidité, trois capteurs de températures, un capteur de lumières visibles et un capteur d UV. Ces capteurs servent à mesurer différentes choses, comme leurs noms l indiquent, ils servent à mesurer la pression, l humidité, la température, les lumières visibles et les rayons ultra violet. La réalisation du projet du ballon sonde s est organisée au lycée polyvalent Lumina Sophie avec la classe de la seconde 4 MPI à St Laurent du Maroni. 2. Présentation des dispositifs du ballon Enveloppe (hélium) : elle est fabriquée avec un matériau très élastique et son épaisseur est très, très mince. Elle est donc fragile. Elle sera gonflée à l hélium. Le parachute : il s ouvrira pour freiner la décante de la nacelle après l éclatement du ballon. Le réflecteur radar : il permettra aux avions de connaitre sa position dans le ciel. La nacelle : elle contiendra nos expériences scientifiques, on y installera le système de télémesure kiwi comprenant un émetteur radio et une antenne. Cet émetteur retransmettra au sol le résultat des mesures effectué au temps réel. Cet appareil mesure uniquement des tensions. Hélium Dans l'atmosphère Schéma du projet Parachute Antenne Au sol Réflecteur Radar Nacelle Récepteur radio Ordinateur Antenne 1

2 3. Organisation du projet par la classe de seconde : Pendant environ deux mois la classe de seconde 4 a travaillé sur différent capteur. Ces différents capteurs seront reliés au système de télémesure kiwi qui elle sera installé dans la nacelle. Pour travailler et pour connaitre ces différents capteurs nous avons d abord fait des recherches sur internet et sur des livres mais nous avons aussi utilisé des méthodes pour connaitre chaque capteur et ces méthodes sont : Trouver le circuit électrique qui permet d utiliser le capteur et comprendre son fonctionnement. Ajuster le paramètre du circuit pour avoir en sortie du capteur une tension comprise entre 0 et 5V. Tracer la courbe d étalonnage du circuit. Rédiger un compte rendu avec schéma électrique et courbe d étalonnage. Mise en ligne du compte rendu sur internet. A la fin de ces deux mois nous avons installé les 8 capteurs qui seront dans la nacelle et reliés à kiwi. Le 20 avril 2010 on a lâché le ballon à APATOU et en mai on exploite les résultats. 4. La nacelle et les capteurs : La nacelle contenait donc huit capteurs : deux capteurs de pression ;, un capteur d humidité, trois capteurs de températures, un capteur de lumières visibles et un capteur d UV. 2

3 Intérieur de la nacelle. 2 capteurs de pression : un acheté et un autre fabriqué par la classe On mesure la pression afin de définir l altitude. 3 capteurs de température : 2 ont été placé sur des supports de couleur différent (noir et blanc) et 1 isolé par du polystyrène pour voir si la température varie selon le milieu naturel où elle est mesuré. 1 capteur d humidité : On mesure l humidité afin de voir son évolution dans les différentes couches atmosphériques. 1 capteur de lumières visibles qui sert à voir si le ballon traverse une zone nuageuse. 1 capteur de rayon UV. On mesure le rayon ultra violet pour essayer de comprendre les effets de serre. Liste des capteurs utilisés : 3

4 5. Le jour du lâché de «air maroni» Le mardi 20 avril 2010 nous sommes arrivés à Apatou vers 11 heures. On a commencé à installer l antenne et le matériel pour la télémesure dans une des salles de classes du collège d Apatou. Nom des capteurs références étalonnage Capteur de Ntsaoxh103fe1b1 Fait température : la thermistance CTN Capteur de pression XCA415an Fait Capteur d humidité HIH_ séries Fait Photodiode BP 104 F Capteur d U.V Télémesure Installation de l'antenne. A 11h10 l hélium est arrivé en voiture et on l a installé sur l aire de lâché. Aire de lâcher + bouteille d hélium 4

5 Délimitation de l aire de lâcher A 11h35 un des groupes qui s occupait de l assemblage de la chaine de vol a assemblé le parachute, la nacelle et le ballon. Pendant ce temps un autre groupe 5

6 a vérifié les capteurs de la nacelle. Chaîne de vol Gonflage du ballon Décompte final avant le lâcher : 10, 9, 8, 7,6,5,4,. 6

7 3,2,1,0 Décollage à 12h50 de AIR MARONI 7

8 . Le groupe télémesure a commencé à prendre les mesures dès le décollage de Air Maroni jusqu au moment où notre ordinateur eut un problème technique avec les liaisons de la nacelle mais heureusement qu on avait un autre ordinateur et on l a tout de suite installé pour ne pas perdre les données. Pour le lâché de Air Maroni nous avons été aidé par quelques élèves du collège d Apatou par des membres du CNES (Centre National d'etudes Spatiales) du CSG et l espace au fil du fleuve et aussi les membres de notre lycée Lumina Sophie. 8

9 De nombreuses personnalité ont été présentes. Après avoir pris toutes les mesures nous sommes retournés à st Laurent. La journée à été géniale, ça nous à appris beaucoup de chose ainsi qu aux futurs lycéens. 6. Résultats et exploitations Les résultats obtenus sur l ordinateur, sont les résultats des différents capteurs. Ces capteurs ont étaient répartis sur plusieurs voies. Ces voies sont : Voie 1 : Capteur de température sur support noir, le capteur n a pas fonctionné. Voie 2 : Capteur de température sur support blanc, le capteur n a pas fonctionné. Voie 3 : Capteur d humidité Grâce aux résultats de ce capteur nous avons tracés une courbe de l humidité en fonction de l altitude, on peut donc remarquer trois étapes 1 er étape-un chute rapide de l humidité 2eme étape - Arriver vers mètres la remonter de l humidité, ce qui indique un changement de couche de la troposphère à la stratosphère, puis lors de 3eme étape- la chute lorsque nous redescendons, nous avons des valeurs différentes qu en montant ce qui signifie qu il y avait du vent. 9

10 Voie 4 : Capteur de température isolé avec les piles, le capteur n a pas fonctionné. 10

11 Voie 5 : Capteur de lumière UV. La courbe du capteur augmente puis diminue en prenant de l altitude. Voie 6 : Capteur de lumière visible Série La courbe de ce capteur est très compacte, il n y as pas de grosses variations à signaler. 11

12 Voie 7 : Capteur de pression commercial. D après les résultats de ce capteur nous avons pu tirer une courbe de l altitude en fonction du temps. Sur cette courbe nous avons pu tirer plusieurs conclusion : le ballon à décollé à 12h50, son altitude maximal est atteinte à mètres à 15 :34 :46 soit après 2h34:46 de vol. Le ballon a eu une vitesse de montée assez lente (4.2m.s -1 ), en revanche sa chute a été rapide (v = 28.27m.s -1 )on peut en déduire que le parachute ne s est pas ouvert automatiquement à la chute de la nacelle, car celuici dans une couche de l atmosphère n avait pas suffisamment d air pour se déployer. 12

13 Voie 8 : Capteur de pression artisanal : les données sont inexploitables car l étalonnage n a pas été fait. 13

14 7. Et si c était à refaire? Lors de notre lâcher du ballon sonde à Apatou le 20/04/2010, nous avons eu des problèmes, au moment de la télé-mesure le premier ordinateur s est éteint pendant la prise de mesure, puis nous avons pris un deuxième ordinateur et lui aussi c est éteint alors le responsable technique nous à passer son ordinateur et nous avons continué à prendre les mesures. Après quand nous avons reçu les mesures on c est aperçu qu il y avait des capteurs qui on pas fonctionner, sois parce que ils étaient mal brancher. Alors on propose aux élèves de l année prochaine, de bien vérifier les capteurs, de choisir la bonne résistance adaptée aux capteurs, ou de proposer de nouvelles idées de capteur et SURTOUT tester les ordinateurs avant de lâcher le ballon sonde. 14

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