5 ème Technologie collège

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3 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 1.L ENVIRONNEMENT CONSTRUIT DU COLLEGE DECOUVERTE, VISITE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1.1 Identifier des fonctions assurées par un objet technique (1) Fonction 2.4 Identifier l origine des matières premières et leur disponibilité (1) Origine des matières 2 «Je sais en parler» premières et disponibilité 3 «je sais faire» des matériaux Activité : Sur un château d eau proche du collège, détailler ses caractéristiques : type, forme, matériaux, dimensions, date de construction, architecture, esthétique, environnement de l édifice, lieu géographique etc Ressources : Le château d eau proche du collège Internet Dossier ressources sur l eau FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

4 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 1.L ENVIRONNEMENT CONSTRUIT DU COLLEGE DECOUVERTE, VISITE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Evolution d objets techniques 1 «Je sais» 4.1 Identifier l évolution des besoins (1) dans un contexte historique et 4.2 Repérer sur une famille d objets techniques, l évolution des principes techniques ou des choix artistiques (1) socio économique 2 «Je sais en parler» Evolution des styles en fonction des principes 3 «je sais faire» techniques et des tendances artistiques Activité : Rechercher les différents types de château d eau Rechercher les différentes formes de château d eau Rechercher les principaux types d architecture et les associer à l évolution historique Réaliser un tableau avec les principales caractéristiques énoncées dans la fiche d activité N 1 Ressources : Internet Dossier ressources sur l eau FBO Tableur Fiche activité 2 Page 1 sur 1

5 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 3 CI 1.L ENVIRONNEMENT CONSTRUIT DU COLLEGE DECOUVERTE, VISITE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Evolution des styles en 1 «Je sais» 4.5 Associer les grands inventeurs, ingénieurs et artistes et leurs réalisations (1) fonction des principes 5.1 Distinguer les fonctions et énoncer les caractéristiques essentielles des composants matériels et logiciels d un environnement techniques et des tendances 2 «Je sais en parler» informatique (2) artistiques Environnement informa- 3 «je sais faire» -tique Activité : Le château d eau, ouvrage d art, patrimoine artistique Réaliser un catalogue photo et ou vidéo de châteaux d eau remarquables Les qualifier en fonction de leur âge, leur esthétique, leur originalité, leur beauté, leur histoire etc Ressources : Internet Dossier ressources sur l eau FBO Tableur, logiciel de retouche photo, logiciel de classement de photos Fiche activité 3 Page 1 sur 1

6 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 2.DES FONCTIONS ASSUREES PAR LES OUVRAGES AUX SOLUTIONS TECHNIQUES TYPOLOGIE DES CHATEAUX D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1.2 Identifier la solution technique retenue pour réaliser la fonction de service (1) Solutions techniques 1.3 Comparer sur les différents objets techniques les solutions techniques retenues pour répondre à une même fonction de Contraintes 2 «Je sais en parler» service(1) Moteur de recherche, mot 1.6 Mettre en relation les contraintes à respecter et les solutions techniques retenues (1) 3 «je sais faire» clé, opérateurs de recherche 1.7 Relier les choix esthétiques au style artistique en vigueur au moment de la création (1) 5.5 Rechercher, recenser, sélectionner et organiser des informations pour les utiliser (1) Activité : Solutions techniques existantes : - Enterré - Semi enterré - Hors sol, différentes formes Avantages et inconvénients de ces solutions Ressources : Le château d eau de la ville Découverte des châteaux d eau sur Internet Dossier ressources sur l eau FBO Tableur, traitement de texte, logiciel de dessin Fiche activité 1 Page 1 sur 1

7 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 2.DES FONCTIONS ASSUREES PAR LES OUVRAGES AUX SOLUTIONS TECHNIQUES TYPOLOGIE DES CHATEAUX D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 4.4 Différencier outil et machine (1) Evolution des outils et des 4.5 Mettre en relation une tâche avec différents outils et machines utilisées au cours des âges (1) machines 2 «Je sais en parler» 5.5 Rechercher, recenser, sélectionner et organiser des informations pour les utiliser (1) 3 «je sais faire» Activité : Différentes architectures et constructions de châteaux d eau Machines et outils utilisés Ressources : Internet Dossier ressources sur l eau FBO Tableur, traitement de texte Fiche activité 2 Page 1 sur 1

8 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 3.STABILITE ET PROPRIETE D UNE STRUCTURE STRUCTURE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Croquis, schémas, codes de 1 «Je sais» 1.9 Traduire sous forme de croquis l organisation structurelle d un objet technique (2) représentation 2 «Je sais en parler» 5.4 Organiser des informations pour les utiliser. Produire, composer et diffuser des documents (3) 3 «je sais faire» Activité : Dessiner sous forme de croquis le fonctionnement d un château d eau, en incluant son environnement Dessiner le circuit fluidique de l eau potable sur le croquis Ressources : Internet Dossier ressources sur l eau FBO Logiciels de dessin, de logigramme Fiche activité 1 Page 1 sur 1

9 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 3.STABILITE ET PROPRIETE D UNE STRUCTURE LA CUVE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Modélisation du réel 1 «Je sais» 1.12 Modifier une représentation numérique d un volume simple avec un logiciel de CAO (2) 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Ouvrir le fichier SolidWorks N du dossier FBO. La cuve du château d eau a une forme cubique. Augmenter le volume cette cuve de 1/3 et la modéliser. Ressources : Dossier SolidWorks FBO SolidWorks, logiciel de CAO Fiche activité 2 Page 1 sur 1

10 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 3 CI 3.STABILITE ET PROPRIETE D UNE STRUCTURE LA CUVE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Solutions techniques 1 «Je sais» 1.4 Modifier tout ou partie d une structure ou d un assemblage pour satisfaire une fonction de service donnée (2) Modélisation du réel 2 «Je sais en parler» 1.11 Réaliser la maquette numérique d un volume élémentaire 3 «je sais faire» Activité : Ouvrir le fichier SolidWorks N du dossier FBO. La cuve du château d eau a une forme cubique. Modifier cette forme (sphérique, conique etc ) et l adapter sur le support du château d eau. Ressources : Dossier SolidWorks FBO SolidWorks, logiciel de CAO Fiche activité 3 Page 1 sur 1

11 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 4 CI 3.STABILITE ET PROPRIETE D UNE STRUCTURE LA CUVE D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES Propriété des matériaux 1 «Je sais» 2.1 Mettre en place et interpréter un essai pour définir, de façon qualitative, une propriété donnée (2) Propriétés mécaniques et 2.3 Mettre en relation, dans une structure, une ou des propriétés avec les formes, les matériaux et les efforts mis en jeu. (2) esthétiques 2 «Je sais en parler» 5.4 Distinguer l usage d une maquette et d un prototype dans le développement d un objet technique. (2) Prototype, maquette 3 «je sais faire» Activité : Ouvrir le fichier SolidWorks N du dossier FBO. La cuve du château d eau a une forme cubique. Les 4 plaques latérales sont toutes collées sur un de leur champ. Décrire les avantages et les inconvénients de cet assemblage. La cuve est collée sur le pied support du château d eau. Trouver d autres solutions d assemblage, et décrire leurs avantages et leurs inconvénients. Réaliser un ou plusieurs prototypes simples afin d effectuer des essais comparatifs d assemblage. Ressources : Dossier SolidWorks FBO SolidWorks, logiciel de CAO Vue 3D de dessus de la cuve du château d eau extrait du fichier SolidWorks Fiche activité 4 Page 1 sur 1

12 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DU CHATEAU D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1.3 Comparer sur différents objets techniques, les solutions techniques retenues pour répondre à une même fonction de Solutions techniques 2 «Je sais en parler» service (1) 3 «je sais faire» Activité : Ouvrir le fichier Solidworks dans le dossier FBO N Le trop plein est une tuyauterie extérieure alimentée en haut d une paroi. Etudier au moins une autre solution technique, pas plus couteuse et la dessiner Ressources : Les châteaux d eau sur Internet Dossier ressources sur l eau FBO Maquette de traitement de l eau FBO Trop plein Utilisation Alimentation Fiche activité 1 Page 1 sur 1

13 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CONNAISSANCES : Croquis, schéma, codes CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DE TRAITEMENT DE L EAU «Je sais» 1.9 Traduire sous forme de croquis l organisation structurelle d un objet technique (2) 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : A partir du fichier de la maquette N en 3D (Fichiers SolidWorks FBO) et en 2D (Plans FBO), traduire sous forme de croquis l organisation structurelle de la maquette. Ressources : Dossier ressources sur l eau FBO Maquette de traitement de l eau FBO Logiciel de dessin Fiche activité 2 Page 1 sur 1

14 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 3 CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DE TRAITEMENT DE L EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 2.2 Classer de manière qualitative plusieurs matériaux selon une propriété simple à respecter Propriétés des matériaux 5.4 Organiser des informations pour les utiliser. Produire, composer et diffuser des documents (2) Outils logiciels 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Les plaques de la maquette sont en PVC. La désignation de la matière est VEKAPLAN 10mm blanc. Recenser différentes matières plastiques qui auraient pu être utilisées. Etablir un tableau qualitatif de ces matières par rapport à cette application avec des critères détaillés (Coût, étanchéité, collage, caractéristiques mécaniques, tenue aux UV, esthétique, poids etc ) Ressources : Internet Dossier technique FBO / Les plastiques Tableur Fiche activité 3 Page 1 sur 1

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16 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 5 CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DU CHATEAU D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1.3 Comparer sur différents objets techniques, les solutions techniques retenues pour répondre à une même fonction de Solutions techniques service (1) Modélisation du réel 2 «Je sais en parler» 1.4 Modifier tout ou partie d une structure ou d un assemblage pour satisfaire une fonction de service donnée (2) Propriétés mécaniques et 1.12 Modifier une représentation numérique d un volume simple avec un logiciel de CAO (2) 3 «je sais faire» esthétique 2.3 Mettre en relation, dans une structure, une ou des propriétés avec les formes, les matériaux et les efforts mis en jeu (2) Propriétés des matériaux 6.1 Associer les formes, l aspect et la structure d un composant à un procédé de réalisation (1) Validation Activité : Les bacs de décantation, d ozonation et de pompage sont montés sur 4 pilotis en profilé 15x15mm. Ils sont usinés pour permettre l assemblage du bac par simple posage sur ses angles. Etudier et dessiner de nouveaux assemblages avec critères principaux la stabilité, le coût et que les bacs soient démontables (avec ou sans outils) Essayer l assemblage choisi Ressources : Dossier SolidWorks FBO SolidWorks ou un logiciel de dessin Fiche activité 5 Page 1 sur 1

17 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 6 CONNAISSANCES : Propriétés intellectuelle. Copyright et copyleft CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DE TRAITEMENT DE L EAU «Je sais» 5.6 Identifier les sources (auteur, date, titre, lien vers la ressource) (1) 5.7 Identifier les droits d utilisation et de partage des ressources et des outils numériques, ainsi que les risques encourus en cas 2 «Je sais en parler» de non respect des règles et procédures d utilisation (1) 3 «je sais faire» Activité : Parcourir les fichiers pédagogiques réalisés par un groupe de travail de l académie d Orléans Tours. Dossier FBO / Ressources sur l eau / Niveau collège / Groupe Intergénération Orléans. Etudier le contrat d utilisation «Creative Commons» Ressources : Dossier ressources sur l eau FBO Internet Fiche activité 6 Page 1 sur 1

18 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 7 CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DE TRAITEMENT DE L EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 6.2 Enoncer les contraintes de sécurité liées à la mise en œuvre d un procédé de réalisation (2) Processus opératoire de 6.3 Proposer un contrôle pour la réalisation future (pièces, assemblage, produit fini) (2) réalisation 2 «Je sais en parler» 6.8 Situer son action sur un planning de réalisation d un objet technique (2) Antériorités et 6.9 Justifier des antériorités des opérations de fabrication ou d assemblage (2) 3 «je sais faire» ordonnancement. Contrainte liées au procédé de fabrication, de contrôle et de validation Activité : Planifier la réalisation de la Partie Opérative de la maquette de traitement de l eau. Etablir un mode opératoire. Partager la maquette en sous ensembles. Etudier les nomenclatures de composants et constituants, et les «sortir» Réaliser les opérations d usinage (pilotis) Etudier les plans de montage Etablir des fiches d opération Etablir des fiches de contrôle Ressources : Dossier FBO Fiche activité 7 Page 1 sur 1

19 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 8 CI 4.REALISATION D UNE MAQUETTE STRUCTURELLE MAQUETTE DE TRAITEMENT DE L EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 6.5 Participer à la réalisation de la maquette d un objet technique (3) Processus opératoire de 6.8 Situer son action sur un planning de réalisation d un objet technique (2) réalisation 2 «Je sais en parler» Prototype, maquette 3 «je sais faire» Activité : Réalisation de la PO de la maquette de traitement de l eau FBO Raccorder la PO au boitier de commande FBO Tester son fonctionnement Opérations : - Préparer et organiser le poste de travail et l outillage - Assemblage des bacs (collage) - Equiper les bacs (capteurs, actionneurs etc ) - Les assembler entre eux - Câbler la tuyauterie. Etancher les tuyauteries traversantes (Silicone) - Contrôler l étanchéité - Câblage électrique - Mettre à longueur les fils - Dénuder l extrémité des fils - Identifier les fils et les câbler à la PC de la maquette Ressources : Dossier FBO Fiche activité 8 Page 1 sur 1

20 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 5.ORGANISATION FONCTIONNELLE CARACTERISTIQUES DES CHATEAUX D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1 L analyse et la conception de l objet technique Contraintes liées liées au 1.6 Mettre en relation les contraintes à respecter et les solutions techniques retenues (2) fonctionnement, à la 2 «Je sais en parler» 1.7 Relier les choix esthétiques au style artistiques en vigueur au moment de la création (2) durée de vie, à la 3 «je sais faire» sécurité, à l esthétique, au développement durable Activité : Type de château d eau en fonction de la géographie du terrain et de la nature du sol Formes, matériaux, décoration, emplacement des châteaux d eau Coûts énergétiques des différents types de château d eau Sources d énergie des châteaux d eau Ressources : Le château d eau de la ville Choix d un château d eau sur Internet Dossier ressources sur l eau FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

21 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 5.ORGANISATION FONCTIONNELLE CARACTERISTTIQUES DES CHATEAUX D EAU CONNAISSANCES: Fonction 1 «Je sais» 1 L analyse et la conception de l objet technique 1.1 Identifier les fonctions assurées par l objet technique (2) 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Fonctions assurées par un château d eau Origine de l eau qui l alimente Caractéristiques d un château d eau Destination de l eau distribuée Ressources : Le château d eau de la ville Choix d un château d eau sur Internet Détail d une facture d eau Dossier ressources sur l eau FBO Maquette de traitement de l eau FBO Fiche activité 2 Page 1 sur 1

22 5 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 6.AGENCEMENT - AMENAGEMENT LE RESERVOIR D UN CHATEAU D EAU CONNAISSANCES : 1 «Je sais» 1 L analyse et la conception de l objet technique Modélisation du réel et 1.11 Réaliser la maquette numérique d un volume élémentaire (3) représentation en 2 «Je sais en parler» 1.12 Modifier une représentation numérique d un volume simple avec un logiciel de CAO (3) conception assistée par 1.13 Associer une représentation 3D à une représentation 2D (3) 3 «je sais faire» ordinateur Activité : Ouvrir le fichier SolidWorks du château d eau N La cuve du château d eau est carrée. Choisir une autre forme, (cylindrique, conique etc..) et le modéliser. L adapter au support du château d eau. Réaliser un plan 2D de cette cuve, (fichier en DRW) Ressources : Fichiers SolidWorks de la maquette FBO Dossier ressources sur l eau FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

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24 Étude d un ouvrage Le château d eau

25 L environnement construit du collège Comment est construit l environnement du collège? Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques Quelles sont les particularités des ouvrages de notre environnement? Réalisation d une maquette Comment reproduire la structure d un ouvrage? 2 séquences 4 séances 3 séquences 6 séances 3 séquences 7 séances Stabilité d une structure Pourquoi un ouvrage ne s effondre t-il pas? 3 séquences 6 séances Organisation fonctionnelle Comment est structurée une unité d habitation? 2 séquences 4 séances Agencement, aménagement Comment agencer un espace? 3 séquences 6 séances

26 PLANNING ANNUEL PREVISIONNEL

27 CI.1 : L environnement construit du collège CI.2 : Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques 8 séquences 17 séances CI.3 : Réalisation d une maquette CI. 4 : Stabilité d une structure CI. 5 : Organisation fonctionnelle CI. 6 : Agencement, aménagement 8 séquences 18 séances

28 L environnement construit du collège Comment est construit l environnement du collège? 2 séquences 4 séances Identifier des fonctions assurées par un objet technique. Organiser des informations pour les utiliser. Produire, composer et diffuser des documents. Rechercher, recenser, sélectionner et organiser des informations pour les utiliser. Identifier les principes de bases de l organisation et du fonctionnement d un réseau. C31: Je sais modifier la mise en forme des caractères et des paragraphes, paginer automatiquement C33: Je sais regrouper dans un même document plusieurs éléments (texte, image, tableau, son, graphique, vidéo ). C37: Je sais traiter un fichier image ou son à l aide d un logiciel dédié notamment pour modifier ses propriétés élémentaires C43: je sais utiliser les fonctions principales d'un outil de recherche sur le web (moteur de recherche, annuaire...) C45: Je sais sélectionner des résultats lors d'une recherche (et donner des arguments permettant de justifier mon choix). C1: Maîtrise de la langue française. Vocabulaire juste et précis pour désigner des objets réels C4: Créer produire traiter exploiter des données. S informer se documenter. Lister des ouvrages Observer et comparer les fonctions assurées Repérer les matériaux Rechercher les dates de constructions Réaliser des photos numériques Saisir des données Recherche sur Internet

29 L environnement construit du collège Comment est construit l environnement du collège? séquence 1 Visite du quartier Lister des ouvrages Observer et comparer les fonctions assurées Repérer les matériaux Réaliser des photos numériques

30 L environnement construit du collège Comment est construit l environnement du collège? séquence 2 Observer et comparer les fonctions assurées Rechercher sur Internet (les dates de constructions, ) Saisir des données Produire un document de synthèse Synthèse

31 Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques Quelles sont les particularités des ouvrages de notre environnement? 3 séquences 6 séances Identifier des fonctions assurées par un objet technique Décrire sous forme schématique le fonctionnement de l'objet technique. Identifier les besoins Repérer sur une famille d objets techniques l évolution des principes techniques ou des choix artistiques Organiser des informations pour les utiliser. Produire, composer et diffuser des documents. Rechercher, recenser, sélectionner et organiser des informations pour les utiliser. C31: Je sais modifier la mise en forme des caractères et des paragraphes, paginer automatiquement C33: Je sais regrouper dans un même document plusieurs éléments (texte, image, tableau, son, graphique, vidéo ). C37: Je sais traiter un fichier image ou son à l aide d un logiciel dédié notamment pour modifier ses propriétés élémentaires C43: je sais utiliser les fonctions principales d'un outil de recherche sur le web (moteur de recherche, annuaire...) C45: Je sais sélectionner des résultats lors d'une recherche (et donner des arguments permettant de justifier mon choix). C1: Maîtrise de la langue française. Vocabulaire juste et précis pour désigner des objets réels C4: Créer produire traiter exploiter des données. S informer se documenter. Description du château d eau (composants, fonctions assurées) Les différentes formes de châteaux d eau Évolution des châteaux d eau (Historique, Frise) Principe de fonctionnement d un château d eau Saisir des données Recherche sur Internet

32 Situation problème Séquence 1 Description du château d eau Recherche de solutions Recenser les différents composants Faire des croquis Quels matériaux utilisés? Techniques de construction Séquence 2 Principe de fonctionnement d un château d eau Séquence 3 -Différentes formes de châteaux d eau -Évolution des châteaux d eau Principe des vases communiquant Visualiser le fonctionnement (Animation Flash) Faire des croquis Contraintes esthétiques Contraintes techniques Contraintes environnementales Évolution des techniques Évolution des besoins

33 Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques Quelles sont les particularités des ouvrages de notre environnement? séquence 1 Etudes de différents exemples d ouvrages : Les fonctions techniques assurées Les solutions techniques retenues Les contraintes prises en compte Réaliser des croquis Description du château d eau (composants, fonctions assurées)

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35 Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques Quelles sont les particularités des ouvrages de notre environnement? séquence 2 Principe de fonctionnement d un château d eau Principe des vases communiquant Les contraintes Synthèse

36 Le sol La ville Contraintes techniques Contraintes techniques Le château d eau Environnement Contraintes esthétiques Contraintes techniques FS2 Stocker l eau L eau Conditions atmosphériques Contraintes environnementales

37 Fonctions de service Contraintes techniques Imposent Contraintes environnementales Imposent Contraintes esthétiques Imposent le Choix : Choix : Choix: Stocker l eau -De la cuve - Des conduits -D un détecteur de niveau -D un trop plein -Des matériaux pour le réservoir - Du sol -De la forme - Des matériaux Choix Choix : Choix : Distribuer l eau - Des canalisations -De la cuve -De la hauteur -Des matériaux pour les canalisations -Du sol -De la forme - Des matériaux

38 Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques Quelles sont les particularités des ouvrages de notre environnement? séquence 3 Les différentes formes de châteaux d eau Évolution des châteaux d eau Histoire des châteaux d eau Frise chronologique Synthèse

39 Réalisation d une maquette Comment reproduire la structure d un ouvrage? 3 séquences 7 séances Réaliser la maquette numérique d un volume élémentaire. Modifier une représentation numérique d un volume simple avec un logiciel de conception assisté par ordinateur Associer une représentation 3D à une représentation 2D. Décrire sous forme de croquis l organisation structurelle d un objet technique. Identifier les principes de bases de l organisation et du fonctionnement d un réseau. C33: Je sais regrouper dans un même document plusieurs éléments (texte, image, tableau, son, graphique, vidéo ). C36: Je sais utiliser un outil de simulation (ou de modélisation) en étant conscient de ses limites). C37: Je sais traiter un fichier image ou son à l aide d un logiciel dédié notamment pour modifier ses propriétés élémentaires C43: je sais utiliser les fonctions principales d'un outil de recherche sur le web (moteur de recherche, annuaire...) C45: Je sais sélectionner des résultats lors d'une recherche (et donner des arguments permettant de justifier mon choix). C3: être capable de raisonner avec logique et rigueur. C3: Réaliser des mesures en utilisant différentes unités. C7: Autonomie et initiative Modélisation du château d eau. Maquette numérique Conception des différents composants du châteaux d eau. Assemblage des composants. Maquette physique

40 Réalisation d une maquette Comment reproduire la structure d un ouvrage? séquence 1 Mise en situation : modélisation d un château d eau Choix de deux (2) solutions : Réservoir sur des poteaux Réservoir sur un fût cylindrique Détermination des dimensions Le réservoir Le fût cylindrique Les poteaux Le radier (fondation) La dalle Mise à l échelle des dimensions Réalisation des croquis des différents composants

41 Réalisation d une maquette Comment reproduire la structure d un ouvrage? séquence 2 Maquette numérique Conception des différents composants sous Solidworks Réalisation de l assemblage des composants avec l aide de l enseignant Travail sur les deux solutions

42 Le réservoir est monté sur un fût cylindrique

43 Le réservoir est monté sur des poteaux cylindriques

44 Réalisation d une maquette Comment reproduire la structure d un ouvrage? séquence 3 Maquette physique Conception des moules des différents composants Réalisation des développées des différentes formes (cylindre, cône ) Moulage des différents composants (au plâtre) Assemblage des différents composants

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47 Le réservoir est monté sur un fût cylindrique

48 Le réservoir est monté sur des poteaux cylindriques

49 HABITAT ET OUVRAGES L environnement construit de mon quartier 5 ème CI1 Séquence N 1 Activité : Lors de notre sortie dans le quartier, nous avons recensé plusieurs objets techniques construits autour de notre collège. A partir des informations récoltées, et à l aide de recherche sur le web, réalisez un tableau de synthèse, dans lequel pour chaque objet technique, vous devez fournir les informations suivantes : - Le nom - La photo - Type de construction (horizontal : plein pieds, verticale : plusieurs étages ) - Matériaux utilisés (béton, pierre, brique, métal etc.) - Type d architecture (moderne, ancienne) - Date de construction - Fonction de service ( à quoi sert-il?) Objet technique Photo Type de construction Matériaux utilisés Type d architecture Date de construction Fonction de service Le collège L hôpital Le théâtre Le cinéma Les bains douches Le gymnase L hôtel de ville L église Le château d eau Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

50 HABITAT ET OUVRAGES L environnement construit de mon quartier 5 ème CI1 Séquence N 2 Activité : Lors de notre sortie dans le quartier, nous avons recensé plusieurs objets techniques construits autour de notre collège. A partir des informations récoltées, et à l aide de recherche sur le web, réalisez un tableau de synthèse, dans lequel pour chaque objet technique, vous devez fournir les informations suivantes : - Le nom - La photo - Type de construction (horizontal : plein pieds, verticale : plusieurs étages ) - Matériaux utilisés (béton, pierre, brique, métal etc.) - Type d architecture (moderne, ancienne) - Date de construction - Fonction de service ( à quoi sert-il?) Objet technique Le collège Photo Type de construction Vertical 3 étages Matériaux utilisés Brique Béton Type d architecture Ancienne Date de construction 19 ème siècle Fonction de service Accueillir les élèves L hôpital Le théâtre Le cinéma Vertical 6 étages Vertical 3 étages Vertical 2 étages Pierre Béton Acier Brique Béton Ancienne Moderne Moderne 19 ème siècle 20 ème siècle 20 ème siècle Accueillir et soigner les malades Accueillir les spectateurs Lieu culturel Accueillir les spectateurs Lieu culturel Les bains douches Horizontal Brique Béton Ancienne 20 ème siècle Se laver Se détendre Le gymnase L hôtel de ville L église Horizontal Vertical 3 étages Brique Béton Pierre Béton Ancienne Ancienne Vetical Pierre Ancienne 20 ème siècle 19 ème siècle 18 ème siècle Pratiquer du sport Documents administratifs Accueillir les pratiquants Lieu de culte Le château d eau Vertical Acier Béton Ancienne 19 ème siècle Stocker et distribuer l eau Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

51 HABITAT ET OUVRAGES Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques 5 ème CI2 Séquence N 1 Situation problème : Alimenter la ville en eau est une nécessité aussi ancienne que la ville elle-même. Avec la croissance démographique, l industrie, les besoins en eau augment. Comment constituer une réserve (stocker) d eau? Comment distribuer l eau? Travail demandé : 1/ A partir du document ressources (photos de châteaux), recensez les différentes solutions adoptées pour réaliser les deux fonctions techniques Fonction de service Solution technique Forme Taille..... Stocker l eau ou Distribuer l eau / Quels sont les trois principaux composants d un château d eau? 3/ Réaliser des croquis à main levée pour illustrer ces éléments La cuve Poteaux Le fût La fondation Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

52 HABITAT ET OUVRAGES Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques 5 ème CI2 Séquence N 1 Situation problème : Alimenter la ville en eau est une nécessité aussi ancienne que la ville elle-même. Avec la croissance démographique, l industrie, les besoins en eau augment. Comment constituer une réserve (stocker) d eau? Comment distribuer l eau? Travail demandé : 1/ A partir du document ressources (photos de châteaux), recensez les différentes solutions adoptées pour réaliser les deux fonctions techniques Fonction de service Solution technique Forme Taille Stocker l eau Réservoir OU Cuve Rectangulaire cylindrique Conique Des petits diamètres combinés avec une hauteur importante De grands diamètres combinés avec des hauteurs moins importantes Distribuer l eau Support Fût cylindrique La section est importante quand la longueur des poteaux est Poteaux Cylindrique importante rectangulaire 2/ Quels sont les trois principaux composants d un château d eau La fondation (le radian) Le support (fût ou poteaux) La cuve (la cuve) 3/ Réaliser des croquis à main levée pour illustrer ces éléments La cuve Poteaux Le fût La fondation Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

53 HABITAT ET OUVRAGES Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques 5 ème CI2 Séquence N 1 Synthèse Le château d eau est un ouvrage qui permet de stocker et distribuer l eau. Il remplit deux fonctions de service : Le stockage : L eau est acheminée après traitement vers le château d eau grâce à des pompes qui font monter l eau dans la cuve du château à travers la conduite d adduction. La distribution : Une fois l eau dans la cuve, une conduite prévue à cet effet permet à l eau de descendre avec une certaine force qu on appelle pression qui permet d acheminer l eau vers les utilisateurs. 1/ Quels sont les composants du château d eau qui assurent la fonction stockage (qui contribuent au stockage) de l eau : / Quels sont les composants du château d eau qui assurent la fonction distribution (qui contribuent à la distribution) de l eau :.... 3/ Complétez le schéma ci-dessous pour illustrer comment se fait le remplissage du château d eau et la distribution de l eau. Fonction Source d eau.... Utilisateurs. Fonction. Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

54 HABITAT ET OUVRAGES SCHEMA DU CHATEAU D EAU 5 ème CI2 Séquence N 1 Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

55 HABITAT ET OUVRAGES Des fonctions assurées par les ouvrages aux solutions techniques 5 ème CI2 Séquence N 2 Observez le fonctionnement d un château d eau à partir de l animation sur le site web : 1/ Combien d étages sont desservis en eau? 2/ A l aide de la souris, cliquez et faites glisser verticalement le réservoir de façon à l amener au niveau du 3 ème étage ; que se passe t-il? 3/ Faites les mêmes essais pour les autres étages, que remarquez-vous? 4/ Quelle Conclusions peut-on déduire? Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

56 HABITAT ET OUVRAGES SYNTHESE 5 ème CI2 Séquence N 2 L eau est amenée dans un vaste réservoir (château d eau) placé en un lieu élevé, afin que le niveau de la surface libre soit plus haut que les plus hautes maisons de la ville. Elle descend de là par des tuyaux qui courent sous les rues, remonte d elle-même aux étages supérieurs de tous les bâtiments (parce qu elle tend à remonter au même niveau que dans le réservoir). La pression varie selon la situation de l habitation par rapport au château d eau qui l alimente et qui doit se trouver sur un point élevé. La pression de l eau qui est fournie au robinet est proportionnelle au dénivelé qui existe entre le niveau d eau dans le château et l habitation. 10 m de dénivelé est équivalent à 1 bar de pression Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

57 HABITAT ET OUVRAGES PRINCIPE DES VASES COMMUNIQUANTS 5 ème CI2 Séquence N 2 Tableau des résultats A 1 ère manipulation 2 ème manipulation 3 ème manipulation A plus haut que B B plus haut que A A et B au même niveau Schéma Schéma Schéma B A B B A Conclusion Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

58 HABITAT ET OUVRAGES LES DIFFERENTES FORMES DE CHATEAU D EAU 5 ème CI2 Séquence N 3 A partir du site : Complétez le tableau ci-dessous en : 1. Indiquant le nom de chaque forme 2. illustrant par une photo Forme Nom Illustration Période Réservoirs dérivés de la forme Champignon Fûts cylindriques Réservoirs parallélépipédiques Réservoirs tronconiques Réservoir Hyperboloïde Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

59 HABITAT ET OUVRAGES HISTOIRE DES CHATEAUX D EAU 5 ème CI2 Séquence N 3 A partir du site : Répondez aux questions ci-dessous avec des phrases complètes : 1/ En quel siècle fût posée la problématique de la distribution de l eau? 2/ A cette époque, à quoi était du ce problème de manque d eau? 3/ Quelle fût l idée des Ingénieurs de l époque? 4/ Citez des exemples des premières constructions : / En quelle année la construction des châteaux d eau a-t-elle connu une évolution? qu est ce qui y a contribué? 6/ Quels matériaux ont été remplacés? 7/ Pourquoi ce matériau a-t-il été accepté par la grand public? 8/ Quelles sont les nouvelles techniques expérimentées par la suite? 9/ Quelle était la motivation première dans cette évolution? au détriment de quoi? Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

60 HABITAT ET OUVRAGES REALISATION D UNE MAQUETTE NUMERIQUE 5 ème CI3 Séquence N 1 Modélisation des dimensions : Pour pouvoir dessiner l ensemble des éléments du château d eau, on doit choisir une échelle de réduction. Activité 1 Compléter le tableau ci-dessous en y reportant les dimensions réelles de chaque élément du château d eau exprimées en mètre et en millimètre. Le radier Le fût Les poteaux La cuve La dalle Diamètre réel Hauteur Epaisseur réelle en : en : réelle en : m mm m mm m mm Certaines dimensions sont très grandes, nous allons donc utiliser l échelle : 1/100. Donc tous les éléments du château d eau sont dessinés aux dimensions réelles divisées par 100. Activité 2 Compléter le tableau ci-dessous en y reportant les dimensions obtenues avec l application de l échelle 1/100. Le radier Le fût Les poteaux La cuve La dalle Diamètre Hauteur Epaisseur en mm en mm en mm réelle 1/100 réelle 1/100 réelle 1/100 Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

61 HABITAT ET OUVRAGES SYNTHESE 5 ème CI3 Séquence N 1 Maquette numérique Elle définit précisément une construction grâce à un logiciel de CAO. C est une modélisation du réel qui permet de visualiser la construction (en volume 3D, plan 2D, dessin) et de simuler son fonctionnement avant sa réalisation. Modélisation du réel en 2D/3D Modification des éléments avec incidence sur la maquette Plus de précise Maquette physique La maquette est une réalisation de l ouvrage à échelle réduite. Elle se fabrique avec des matériaux légers. Modélisation du réel en 3D Modification des éléments sans incidence sur la maquette Moins précise Permet de corriger les erreurs Ne permet pas de corriger les erreurs Les procédés de réalisation : Les procédés de réalisation d un ouvrage sont choisis en fonction de sa forme, de sa taille et de son aspect. Ces procédés peuvent être : Un assemblage de blocs : (briques, pierres, parpaings...) avec un liant (mortier, colle) Un moulage de béton armé : dans un coffrage permettant d obtenir des formes très variées. Une fabrication en usine : avec transport et assemblage des éléments (en métal, béton, bois ou verre) sur le chantier. L échelle : Une échelle est le rapport entre la mesure d'un objet réel et la mesure de sa représentation. Elle est exprimée par une fraction. Un facteur d'échelle 1/100 implique la formule suivante : Représentation = objet représenté x (1/100). En dessin technique, l'échelle d'un dessin indique la valeur du rapport entre les dimensions dessinées et les dimensions réelles. Les échelles recommandées sont : Réduction Vraie grandeur Agrandissement 1:2, 1:5, 1:10, 1:20, 1:50, 1:100, 1:200, etc. 1:1 2:1, 5:1, 10:1, 20:1, 50:1, 100:1, 200:1, etc. Expérimentation nouveaux programmes 2008/09

62 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 3.QUELLE EST LA SOURCE D ENERGIE EXTERIEURE UTILISEE PAR L OBJET TECHNIQUE ET QUEL ELEMENT PERMET-IL DE LA CONVERTIR SOURCE ET TRANSFORMATION D ENERGIE CONNAISSANCES Représentation fonctionnelle. 1 «Je sais» 1.2 Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction (2) Efficacité énergétique 1.3 Etablir un croquis du circuit d alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d un objet technique (3) 2 «Je sais en parler» 3.2 Indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l objet technique (2) 3 «je sais faire» Activité : Décrire sous forme de blocs fonctionnels les différentes fonctions de la Parie Opérative de la maquette Faire un croquis de l alimentation électrique de la maquette Indiquer la nature des énergies utilisées (électrique et hydraulique) Ressources : Fiche «Structure d un automatisme» dans le dossier «Automatisme» Schémas électrique et fluidique Caractéristiques des composants dans le «Dossier technique» Dossier «Eléments fonctionnels» Fiche activité 1 Page 1 sur 1

63 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 3.QUELLE EST LA SOURCE D ENERGIE EXTERIEURE UTILISEE PAR L OBJET TECHNIQUE ET QUEL ELEMENT PERMET-IL DE LA CONVERTIR SOURCE ET TRANSFORMATION D ENERGIE CONNAISSANCES Efficacité énergétique 1 «Je sais» 3.1 Comparer les quantités d énergie consommées par deux objets techniques (2) 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Mesurer et comparer la consommation d une pompe et d une électrovanne de la maquette. Ces 2 actionneurs sont alimentés en 12V CC. P (puissance = consommation en Watt) = U (Tension en Volt) x I (Intensité en Ampère) Il suffit de mesurer l Intensité à l aide d un multimètre sur ces 2 actionneurs. Ressources : 1 multimètre Schéma électrique de la Partie Commande Fiche activité 2 Page 1 sur 1

64 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 3 CI 3.QUELLE EST LA SOURCE D ENERGIE EXTERIEURE UTILISEE PAR L OBJET TECHNIQUE ET QUEL ELEMENT PERMET-IL DE LA CONVERTIR L AUTOMATISME DE LA MAQUETTE CONNAISSANCES Chaine d énergie et 1 «Je sais» 5.2 Identifier les éléments qui composent les chaines d énergie et d information (1) d information 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Repérer et noter tous les éléments (capteurs, actionneurs, interfaces ) qui composent la chaine d énergie et la chaine d information. Ressources : Actionneurs & capteurs, éléments fonctionnels du dossier «Eléments fonctionnels» Extrait doc accompagnement formation SI du dossier «Automatisme» Fiche activité 3 Page 1 sur 1

65 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 5.PAR QUOI ET COMMENT SONT REALISEES L ACQUISITION ET LA TRANSMISSION DE L INFORMATION LES CAPTEURS DE LA MAQUETTE CONNAISSANCES Acquisition de signal 1 «Je sais» 5.3 Identifier les modes et dispositifs d acquisition de signaux, de données (1) Forme du signal 5.4 Identifier la nature d une information et du signal qui la porte (1) Transport du signal 2 «Je sais en parler» 5.10 Associer un mode de transmission à un besoin donné (1) 3 «je sais faire» Activité : Repérer les capteurs de la maquette et leur associer leur fonction. Décrire leur fonctionnement (état actionné et repos) Ressources : Dossier Actionneurs & capteurs, éléments fonctionnels du dossier «Eléments fonctionnels» Dossier Capteurs didactisés FBO du dossier «Automatisme» Fiche activité 1 Page 1 sur 1

66 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 7.PAR QUOI ET COMMENT EST COMMANDE UN OBJET TECHNIQUE? PARTIE COMMANDE DE LA MAQUETTE CONNAISSANCES Chaine d énergie et chaine 1 «Je sais» 5.2 Identifier les éléments qui composent les chaines d énergie et d information (1) d information 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Installer le logiciel HydroCycle, le driver USB de la carte électronique de commande. Etudier, analyser et faire fonctionner le cycle de traitement de l eau. Cette partie peut être décomposée en plusieurs fiches d activité : - Le programme d HydroCycle -Les cycles de la maquette (logigramme, Grafcet) -Fonctionnement en mode manuel, analyse des capteurs et des actionneurs pour chaque opération -Fonctionnement en mode automatique : o Cycle simple o Cycle complet Ressources : Dans le répertoire «Logiciel HydroCycle : - Procédures d installation -Guide d utilisation d HydroCycle Fiche activité 1 Page 1 sur 2

67 4 ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 8.COMMENT GERER UN PROJET DE CONCEPTION ET LA REALISATION D UN SYSTEME AUTOMATISE PARTIES OPERATIVE ET PARTIE COMMANDE DE LA MAQUETTE CONNAISSANCES Contraintes 1 «Je sais» 1.4 Mettre en relation les contraintes que l objet technique doit respecter et les solutions techniques retenues (2) Contraintes économiques 1.5 Identifier les éléments qui déterminent le coût d un objet technique (1) Solutions techniques 2 «Je sais en parler» 1.6 Rechercher plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée (2) Représentation structurelle : 1.7 Choisir et réaliser une solution technique (3) 3 «je sais faire» modélisation du réel 1.8 Créer une représentation numérique (3) Planification des activités Propriétés des matériaux Poste de travail Règles de sécurité Contraintes liées aux propriétés et modes de fabrication Contraintes liées aux procédés de contrôle et de validation Processus de réalisation 1.10 Créer et justifier tout ou partie d un planning (2) 2.3 Vérifier la capacité de matériaux à satisfaire une propriété donnée (1) 6.1 Identifier et classer les contraintes de fonctionnement, d utilisation, de sécurité du poste de travail (2) 6.2 Organiser le poste de travail (3) 6.3 Enoncer les contraintes techniques liées à la mise en œuvre d un procédé de réalisation (2) 6.4 Mettre en relation des caractéristiques géométriques d un élément et son procédé de réalisation (2) 6.5 Préparer un protocole de test et/ou de contrôle en fonction des moyens disponibles (2) 6.6 Effectuer un contrôle qualité de la réalisation pour chaque opération importante (3) 6.7 Réaliser tout ou partie du prototype d un objet technique (3) 6.8 Compléter ou modifier un planning pour adapter la réalisation d un objet technique en fonction d aléas (2) Activité : Voir les activités décrites en classe de 5 ème. Les opérations sur la Partie Opérative - De montage, d assemblage et de contrôle -De câblage du circuit fluidique -De câblage du circuit électrique -De raccordement à la Partie Commande Permettent de faire le lien entre les centres d intérêts. Cette partie peut être décomposée en plusieurs fiches d activité reprenant les opérations ci-dessus. Ressources : -CD Rom FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

68 Fiche activité 1 Page 2 sur 2

69 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Séquence n 1 Introduction : L eau domestique est un confort indispensable à la maison dans la vie de tous les jours. L homme a créé de nombreux objets techniques pour posséder l eau à domicile et pour améliorer son confort. Ces objets techniques ont changé avec le temps, même si leur usage est resté globalement identique. Comment les objets techniques ont-ils évolué pour avoir l eau à domicile? Capacités visées : Associer l utilisation d un objet technique à une époque (niveau 2). Comparer les choix esthétiques et ergonomiques d objets techniques d époques différentes (niveau 2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : photo ressource n 1 site rubrique «l eau et les TP» Investigation : Rechercher les différentes étapes pour avoir l eau domestique à la maison ; Identifier les différentes époques d utilisation des objets ; Identifier les différents objets répondant à une fonction d usage utilisée dans le confort de l eau. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 1-A Fiche élève 1-A Fiche élève 1-B Fiche Ressource 1 Fiche Ressource 1-C Fiche élève 1-B

70 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influence-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 1-A Observation : Décrire l image ci-dessous : Formuler le problème : Mener l investigation : L évolution des objets techniques : Les objets techniques changent avec le temps, même si leur usage reste globalement identique. Certains changements sont dus à l évolution des attentes et des goûts des gens. Pour la distribution de l eau, les solutions techniques utilisées d une époque à l autre sont esthétiquement et ergonomiquement très différentes. Des changements sont dus aussi à l évolution des techniques de réalisation. Exercice : A partir du site rubrique «l eau et les TP», rechercher les 5 étapes du cycle domestique de l eau potable. A l aide des différentes images du document ressource, compléter le tableau suivant : Pour chacune des étapes, classer les images par fonction et époque. Pour chacune des étapes, identifier l évolution des objets techniques (esthétique, ergonomie, matériaux, etc.)

71 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influence-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 1-B Etapes Objets techniques d autrefois Objets techniques modernes Evolution des objets Utiliser l eau A retenir : L évolution des solutions techniques est due à l évolution des attentes, des goûts et à l évolution des techniques de réalisation. L évolution des solutions techniques à travers le temps permet d augmenter les performances et l attrait des objets techniques. Evolution des besoins des goûts Evolution des techniques de réalisation Evolution des matériaux Evolution des objets techniques

72 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influence-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche ressource 1

73 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Séquence n 2 Introduction : L évolution des objets techniques utilisant l eau assurant le confort des êtres humains est liée à l évolution des besoins et de la société, au mode de vie d un pays. Les objets techniques sont conçus et réalisés en fonction des besoins et des multiples contraintes économiques et climatiques. Capacités visées : Associer l utilisation d un objet technique à une région du globe (niveau 2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : Wikipédia : «l eau potable», «la géopolitique de l eau» Investigation : Rechercher dans quels pays le confort de l eau n est pas assuré? Rechercher les causes et les conséquences de ce déficit d eau ; Trouver une solution à ce déficit. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Fiche élève 2-A Fiche élève 2-A Fiche élève 2-A Conclusion Fiche élève 2-A

74 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 2-A Observation : Lire le texte ci-dessous : La «guerre de l eau» La Terre est à 72 % recouverte d'eau. 97 % de cette eau est salée, et 2 % emprisonnée dans les glaces. Il n'en reste qu'un petit pourcent pour irriguer les cultures et étancher la soif de l'humanité toute entière. En 2007, sur 6,4 milliards d'êtres humains, plus d'un milliard n'a pas du tout accès à l'eau potable et plus de 2,5 milliards ne disposent pas de système d assainissement d'eau. Aujourd'hui, dans le monde, 2 milliards d'êtres humains dépendent de l'accès à un puits. Il faudrait mobiliser 30 milliards de dollars par an pour répondre au défi de l'eau potable pour tous, quand l'aide internationale est à peine de 3 milliards. Selon l'ong «Transparency International», la corruption grève les contrats de l'eau dans de nombreux pays entraînant des gaspillages et des coûts excessifs pour les plus pauvres. L'impossibilité d'accès à l'eau potable d'une grande partie de la population mondiale a des conséquences sanitaires graves. Ainsi, un enfant meurt toutes les 5 secondes ; des millions de femmes s'épuisent en corvées d eau. Plus de enfants de moins de 5 ans meurent chaque jour de diarrhées liées à l absence d assainissement et d un manque d hygiène ; chaque année, 443 millions de jours de scolarité sont perdus à cause d'infections transmises par l'eau insalubre. Formuler le problème : Mener l investigation : Le contexte social et économique : Sur un document créé sur traitement texte, répondre aux questions suivantes : Rechercher une carte de répartition de l accès à l eau potable : Dans quels pays, l eau potable manque-telle? Quelles sont les causes au problème? Quelles sont les conséquences de ce problème? Quelle est la consommation d eau potable en Europe, en Afrique et aux Etats Unis? Pour quelles activités utilise-t-on l eau en France? Quelles solutions techniques pouvez-vous envisager pour diminuer ce fléau?

75 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Séquence n 3 Introduction : Le coût d un objet technique correspond à ce qu une personne est amenée à dépenser, tout au long de la vie de cet objet. Pour disposer de l eau domestique, le coût tient compte du prix d achat des objets, mais aussi de toutes les dépenses annexes pour pouvoir l utiliser, la consommer. Pour le fournisseur, ce coût tient compte de l achat de certains composants, de la réalisation d installations, de la commercialisation et du suivi des clients, de la maintenance à assurer. Les contraintes environnementales participent aussi au coût. Capacités visées : Identifier les éléments qui déterminent le coût d un objet technique (niveau 1). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : exemplaires d une facture d eau provenant de plusieurs communes. Investigation : Identifier les parties d une facture d eau ; Rechercher les services payants de l eau domestique ; Etablir une facture personnalisée à la consommation de l élève. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 3-A Fiche élève 3-A Fiche élève 3-B Fiche élève 3-B

76 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 3-A Observation : Décrire cette photo Formuler le problème : Quel est le problème pour ces personnes? Mener l investigation : Les contraintes économiques : Le bien-être que l eau apporte dans la vie de tous les jours paraît si normal... beaucoup oublient qu autrefois aller chercher l eau, la puiser et la rapporter au foyer était une tâche pénible et même un travail payé. Cette situation est encore d actualité dans de nombreux pays. L eau ne coûte rien dans la nature, mais il faut la traiter pour la rendre bonne à boire, la surveiller en permanence, la transporter afin qu elle soit disponible partout 24 heures sur 24. Puis il faut nettoyer les eaux usées pour protéger l environnement. Tout cela explique que le service de l eau se paie. Une facture d eau

77 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influence-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 3-B A l aide du site ressource : répondre aux questions suivantes : Enumérer les services de l eau nécessaire à notre consommation d eau potable : Comment est calculé le prix du service de l eau : Combien coûte l eau? Pourquoi le prix de l eau est-il différent d un endroit à un autre? En observant la facture d eau, de quoi est-elle constituée? Rédaction d une facture d eau : Calculer à l aide d un logiciel de tableur votre facture d eau pour votre consommation personnelle (70 litres par jour) Conclusion : L impact des contraintes environnementales sur le coût de l eau

78 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 4-B Filtre à cartouche qui nettoie l eau et enlève le calcaire USAGERS

79 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influe-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 4-C Nappe d eau souterraine Rivière Usagers

80 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI1 Comment le contexte historique et géographique influence-t-il sur la conception? Evolution des solutions techniques appliquées à la distribution de l eau Fiche élève 4-D Conclusion : Parmi tous les objets techniques que l homme a créés pour utiliser l eau à son domicile, vous devez les classer par famille d usage : ceux qui améliorent son confort ; ceux qui apportent de l eau sans l action de l homme ; ceux qui sont collectifs à tous les usagers. Les objets améliorant le confort Les objets automatisés Les objets à usage collectif

81 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Séquence n 5 Introduction : Pour réaliser des objets techniques qui facilitent les tâches de la vie quotidienne, on s appuie souvent sur les propriétés des matériaux qui les constituent. Les conduites d eau doivent satisfaire des fonctions et des contraintes. Il en est donc de même pour les matériaux qui les constituent. Capacités visées : Classer de manière qualitative plusieurs matériaux selon une propriété simple, imposée par les contraintes que doit satisfaire l objet technique (3). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : Fiche ressource n 5 Site wikipédia (rubrique tuyau souple et tuyau rigide) Investigation : Rechercher ce que représente le réseau de distribution de l eau domestique en France ; Identifier les caractéristiques nécessaires des canalisations ; Repérer les propriétés des matériaux utilisés dans la distribution d eau. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 5-A Fiche élève 5-A Fiche élève 5-A Fiche élève 5-B Fiche ressource 5 Fiche élève 5-B

82 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Observation : Décrire la photo : Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 5-A Formuler le problème : Que se passe t-il? Comment éviter cette situation? Mener l investigation : En effectuant des recherches sur Internet, répondre aux questions suivantes : Combien y-a-t-il de longueur de canalisation d eau en France? Quel est le pourcentage de fuite sur ces canalisations? Quelle est la durée de vie d une conduite d eau? Quelles sont les principales caractéristiques que doit posséder la conduite pour transporter l eau domestique?

83 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 5-B A partir de la fiche ressource n 5, et des recherches sur le site wikipédia (rubrique tuyau souple et tuyau rigide) vous allez énumérer les matériaux utilisés dans la distribution d eau potable et vous rechercherez les caractéristiques de ces matériaux. Vous présenterez vos recherches sous forme d un tableau sur traitement de texte. Matériaux des conduites d eau Illustrations Caractéristiques et usages Parmi vos recherches, vous avez trouvé l utilisation de conduites en plomb. Pour quelles raisons ce matériau est-il interdit dans la fabrication de conduites d eau? Conclusion : Parmi les matériaux utilisés dans le transport de l eau domestique, classer les de manière qualitative en fonction des caractéristiques suivantes : Propriétés Résistant à la corrosion Matériaux Très solide en cas d enfouissement Facile à usiner pour avoir des diamètres de tube très variés Permet d avoir une eau potable respectant les normes sanitaires Très rigide Très souple

84 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche ressource n 5

85 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Séquence n 6 Introduction : Pour satisfaire une fonction de service ou une contrainte, un objet technique doit assurer une ou plusieurs fonctions techniques nécessaires à son fonctionnement. Il est possible de représenter l ensemble des fonctions techniques de tout ou partie d un objet sous la forme d une représentation fonctionnelle. Capacités visées : Mettre en relation des contraintes que l objet doit respecter et les solutions techniques retenues (2) ; Rechercher et décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée (2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources Investigation : Comprendre un système de récupération d eau de pluie ; Compléter une représentation fonctionnelle du système de récupération ; Compléter le diagramme fonctionnel d une pompe à piston. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 6-A Fiche élève 6-A Fiche élève 6-B Fiche élève 6-C Fiche élève 6-D

86 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Observation : Décrire la photo : Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 6-A Formuler le problème : Comment récupérer de l eau? Mener l investigation : Les fonctions techniques d un objet technique : Un système de récupération d eau de pluie Compléter le schéma de l installation dans une habitation : 1. Récupération et acheminement de l eau de pluie vers la cuve. 2. Pré-filtration 3. Réservoir de stockage 4. Station automatique de pompage 5. Filtration et distribution pour usages multiples : WC, nettoyage, robinet

87 Récupérer Acheminer DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 6-B Compléter les fonctions techniques : (à l aide d un verbe à l infinitif) (1) (2) (3) (4) (5) Représentation fonctionnelle du système de récupération d eau de pluie : Compléter la représentation avec : les fonctions techniques ; le bloc fonctionnel : Réservoir, Collecteur, Module de Distribution, Filtre, Station de pompage (en gris) ; Etat de l eau : eau de pluie collectée, Eau filtrée, Eau stockée, Eau sous pression. Etat Initial Présence d eau dans le réservoir Electricité Etat Final EAU de pluie Récupérer Acheminer (1) Collecteur Eau de pluie collectée (2) (4) (5) Eau filtrée sous pression (3)

88 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 6-C La pompe à piston Compléter les fonctions techniques : (à l aide d un verbe à l infinitif ) Evacuer (1) (2) (3) (4) (5)

89 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI2 Diagramme fonctionnel de la pompe : Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 6-D Fonctions techniques Blocs fonctionnels Solutions techniques Fonctions de service contraintes Evacuer Refoulement Tuyau Ce que vous devez retenir : Pour chaque fonction de service ou contrainte à satisfaire, l objet doit assurer une ou plusieurs fonctions techniques nécessaires à son fonctionnement ; Le classement des fonctions techniques en groupe détermine des blocs fonctionnels qui sont assurés, dans la solution technique retenue, par différents éléments ou composants ; La représentation fonctionnelle sous la forme de schémas ou de diagrammes est utilisée pour analyser et comprendre le fonctionnement de l objet technique. Analyse fonctionnelle Objet technique Fonctions de service Contraintes Fonctions techniques Bloc fonctionnel Elément de la solution technique

90 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI3 Quelle est la source d énergie extérieure utilisée par l objet technique et quel élément permet-il de la convertir? Séquence n 7 Introduction : La nature de l énergie nécessaire au fonctionnement d un objet technique (énergie thermique, mécanique, électrique, hydraulique ) peut être obtenue à partir de la transformation d énergies de différentes natures provenant de ressources naturelles : vent, soleil, eau, pétrole, gaz Capacités visées : Etablir un croquis du circuit d alimentation énergétique (3) ; Indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l objet technique (2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : fiche ressource 7-A Site : Rubrique : «Fonctionnement d une centrale hydraulique» Investigation : Comprendre le fonctionnement d une installation de production d énergie électrique ; Définir la nature des énergies utilisées ; Déterminer les éléments qui composent la chaîne d énergie ; Compléter une chaîne d énergie. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 7-A Fiche élève 7-A Fiche élève 7-B Fiche élève 7-C Fiche ressource 7-A Fiche élève 7-C

91 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI7 Par quoi et comment est commandé un objet technique? Commande ou pilotage Séquence 8 Introduction : Un château d'eau est une construction destinée à entreposer l eau, et placée en général sur un sommet géographique pour permettre de la distribuer sous pression. L'entreposage de l'eau dans un réservoir joue un rôle de tampon entre le débit demandé par les abonnés et le débit fourni par la station de pompage. Il permet ainsi d'éviter de démarrer trop souvent les pompes et de les protéger. L eau est acheminée du point d'eau au réservoir. L eau est ensuite envoyée dans un réseau d eau qui va assurer son acheminement vers l ensemble des habitations. Le château d eau est un système automatisé. Capacités visées : Repérer, à partir du fonctionnement d un système automatique la chaîne d information(1) ; Identifier les éléments qui la composent (1) ; Etablir un croquis de circuit informationnel d un objet technique (3). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : Site : Rubrique : «la distribution de l eau» Investigation : Comprendre le fonctionnement d une station de pompage d un château d eau ; Définir le rôle d un capteur, d un actionneur et d une commande et la circulation des informations entre eux ; Déterminer les éléments qui composent la chaîne d informations ; Compléter une chaîne d informations. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher Fiche élève 8-A l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Site : Fiche élève 8-A Fiche élève 8-B Fiche élève 8-C Fiche élève 8-D Fiche élève 8-D

92 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI7 Observation : Par quoi et comment est commandé un objet technique? Commande ou pilotage Fiche élève n 8-A Formuler le problème : Mener l investigation : Pour fonctionner, un système automatique doit pouvoir acquérir des informations en provenance de l utilisateur, mais aussi du système lui même, et les traiter pour transmettre des ordres. Un système automatique est constitué de deux parties distinctes. L ensemble des éléments qui transforme l énergie reçue en actions forme la partie opérative. L ensemble des éléments qui commande ou régule le système forme la partie commande (chaîne d informations). La circulation des informations entre la partie commande et la partie opérative d une station de pompage d un château d eau : Un château d eau permet de stocker de l eau courante pour la distribuer dans les habitations. Pour que le réservoir ait toujours un niveau d eau suffisant, un flotteur actionne un câble dont la position est détectée par 2 capteurs. A l aide de l animation du site : «la distribution de l eau», compléter le schéma de principe d une station de pompage d un château d eau (fiche 8-B)

93 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI7 Par quoi et comment est commandé un objet technique? Fiche élève 8-B Partie Opérative Partie Commande S1 S2 Niveau bas de l eau Niveau haut de l eau } INFORMATIONS Automate Programme } ORDRES Marche du moteur Arrêt du moteur Pupitre de commande Consignes de l opérateur

94 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI7 Par quoi et comment est commandé un objet technique? Commande ou pilotage Fiche élève 8-C Les capteurs Ce sont des éléments qui permettent d acquérir des informations sur l état de la partie opérative : Indiquez le nom du capteur actionné si le flotteur est en position haute : Précisez dans ce cas l information envoyée par la partie opérative à la partie commande : Précisez, suite à cette information reçue, quel sera l ordre envoyé au moteur par la partie commande : Dans quel système courant retrouve-t-on l utilisation d un flotteur dans son fonctionnement? A l aide d Internet, quels types de capteur pouvons-nous utiliser pour réguler une hauteur d eau dans un réservoir. Donner deux exemples illustrés : Les actionneurs : Ce sont des éléments qui reçoivent des ordres de fonctionnement de la partie commande afin d obtenir un effet attendu : Quels sont les actionneurs (éléments qui font une action)? A quoi servent-ils? Donner une image d un actionneur :

95 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI7 Par quoi et comment est commandé un objet technique? Commande ou pilotage Fiche élève 8-D La partie commande : La partie commande envoie des ordres à la partie opérative en fonction des informations reçues et d un programme préétabli : Qu est-ce qu elle reçoit? Qu est-ce qui en sort? COMMANDE La chaîne d information : Elle comprend différents éléments pour : acquérir de l information (à partir des capteurs qui transmettent des informations sur l état de la partie opérative ou à partir de la saisie de l opérateur) ; Traiter l information selon la programmation du système (programme) ; Communiquer des ordres de commande à la partie opérative. Compléter la chaîne d information pour le fonctionnement automatique d un château d eau : Consommation de l eau par les usagers Acquérir Traiter Communiquer Pompage de l eau vers le réservoir

96 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI3 Quelle est la source d énergie extérieure utilisée par l objet technique et quel élément permet-il de la convertir? Fiche élève 7-A Observation :? L eau L électricité Observer et décrire le schéma ci-dessus : Formuler le problème : Mener l investigation : A partir de l animation décrivant le fonctionnement d une centrale hydraulique (site rubrique «Fonctionnement d une centrale hydraulique») et de la fiche ressource 7-A : 1. Identifier les différents éléments qui interviennent dans la production d électricité, en déplaçant les étiquettes sur le plan en coupe d une centrale hydraulique (fiche élève 7-B) ; 2. Répondre aux questions suivantes : Où est stockée l énergie pour faire fonctionner la centrale hydroélectrique.? Classer les éléments qui permettent de distribuer et de transformer l énergie : Conduite forcée turbine alternateur vannes lignes haute tension transformateur Distribuer (Transmettre) Transformer (convertir)

97 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI3 Quelle est la source d énergie extérieure utilisée par l objet technique et quel élément permet-il de la convertir? Fiche Ressource 7-A Comment obtient-on de l électricité à l aide d un barrage hydroélectrique? Le barrage hydroélectrique s oppose à l écoulement naturel de l eau. De grandes quantités d eau s accumulent et forment un lac de retenue. Lorsque l eau est stockée, il suffit d ouvrir des vannes pour amorcer le cycle de production d électricité. Dans un barrage, on exploite l énergie cinétique de l eau. Cette énergie provient de la force de gravitation, c est à dire plus la chute d eau aura une hauteur importante, plus l énergie cinétique sera importante. Cette énergie cinétique se manifeste donc par la vitesse de l eau et la force de l eau. Ainsi la pression et la vitesse de l eau entraîne la rotation de la turbine. Une turbine est un moteur dont l élément essentiel est une roue, portant à sa périphérie des ailettes ou des augets, mise en rotation par l eau du barrage. L arbre de cette turbine met en fonctionnement l alternateur. L alternateur fonctionne de façon inverse du moteur. Il va transformer l énergie cinétique en énergie électrique. Un transformateur est ensuite utilisé pour élever la tension du courant pour faciliter son transport dans les lignes à haute tension. Représentation d une chaîne d énergie : Pour produire de l énergie, la centrale hydroélectrique a besoin d énergie. Pour être en action, l énergie circule dans des éléments qui lui sont adaptés, elle est stockée, distribuée et transformée. La circulation d énergie au sein d un ouvrage s appelle : une chaîne d énergie. Une chaîne d énergie est formée d éléments ayant différentes fonctions techniques : apporter au système l énergie nécessaire : Alimenter et Stocker ; répartir, réguler, commander l énergie : Distribuer ; transformer l énergie pour produire la forme d énergie nécessaire (thermique, mécanique, électrique) : Convertir ; La transporter ou la déplacer d un lieu à un autre pour obtenir l effet attendu : Transmettre. Energie d entrée Régulation Régulation Alimenter Distribuer Convertir Transmettre Energie de sortie AGIR Effet attendu

98 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI3 Quelle est la source d énergie extérieure utilisée par l objet technique et quel élément permet-il de la convertir? Fiche élève 7-B Lac de retenue Transformateur Centrale électrique Turbine Canal d écoulement ou conduites forcées Alternateur Vannes Lignes haute tension Canal d évacuation

99 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI3 Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d un objet technique? Fiche élève 7-C Représentation d une chaîne d énergie Coller les vignettes des éléments concernés permettant de faire circuler l énergie pour produire de l électricité. Indiquer si l élément permet de stocker, distribuer (transmettre) ou transformer (convertir ou réguler) l énergie. Indiquer le type d énergie utilisée : ORDRE Elément Concerné Permet de l énergie l énergie l énergie l énergie Vignette l énergie l énergie l énergie

100 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Introduction : Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Séquence 9 Lorsque vous faites construire une maison et vous déposez un permis de construire, vous avez l obligation de vous raccorder aux réseaux publics en charge de l exploitation d eau potable et de l assainissement. Vous devez effectuer des travaux de raccordement. Le branchement est la partie de l installation allant du réseau de distribution d eau potable jusqu au compteur. Il permet l alimentation de votre habitation en eau potable. Le raccordement au réseau public d assainissement collectif consiste à mettre en place un branchement d assainissement, allant de votre propriété jusqu au collecteur public. Capacités visées : Créer et justifier tout ou partie d un planning (2) ; Compléter ou modifier un planning pour adapter la réalisation d un objet technique en fonction des aléas (2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : utilisation d un Tableur Investigation : Déterminer la suite logique des opérations ; Calculer les délais de réalisation ; Déterminer les éléments qui composent la chaîne d informations ; Compléter un planning. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher Fiche élève 9-A l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Conclusion Fiche élève 9-A Fiche élève 9-B Fiche élève 9-C Fiche ressource 9-A Fiche ressource 9-B Exercice 5 fiche élève 9-B

101 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 9-A Observation : Habitation Formuler le problème : Mener l investigation : Pour effectuer des travaux de raccordement, vous devez en faire la demande à la mairie et réaliser ou faire réaliser les travaux entre votre maison et le réseau public. Avant de réaliser ces travaux, vous devez établir un planning de réalisation. Cela consiste à : Lister les différentes opérations de réalisation ; Définir l ordre logique de ces opérations ; Estimer le temps nécessaire pour chaque opération ; Présenter toutes ces informations dans un tableau.

102 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche ressource n 9-A Terrassement et pose des canalisations Préparation du chantier : Un repérage du passage des canalisations est effectué par marquage au sol. Durée de la préparation : une demi-journée. Exécution des travaux de tranchées : La profondeur des tranchées est de 1 m entre le dessus du tuyau et le niveau du sol. Le fond des tranchées est dressé soigneusement ou corrigé à l aide de terre fine damée de façon à ce qu il n y a d ondulation.. Pose des tuyaux d eau potable : On utilise une canalisation en PEHD bande bleue que l on raccorde du compteur d eau au drain de la maison. Ils sont posés dans une gaine (fourreau). Les tuyaux doivent être posés en files bien alignées et bien nivelées. Les tuyaux sont calés à l aide sable. Pose de tuyaux d assainissement : On utilise une canalisation en PVC, que l on raccorde aux égouts. Elle est enrobée dans du sable en respectant une pente de 1cm/mètre. La réalisation d une tranchée est en moyenne de 4 mètres par heure. La pose d une canalisation et son calage dure environ 1 heure pour 10 mètres

103 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche ressource n 9-B Le remblaiement Il se fera au moyen de terre épierrée et damée par petites couches jusqu à une hauteur de 0,20 m au dessus du tuyau. On rajoute un grillage avertisseur de couleur. On remblaie ensuite par de la terre enlevée lors des tranchées. Le remblai d une tranchée dure environ 1 heure pour 4 mètres. Regards compteur Pose d un regard compteur : Il faut faire un trou de 1 m par 1 m, puis placer le regard, le sceller. Il est en béton et est situé en limite de propriété. Il doit être accessible tout le temps. La pose dure une demi-journée. Le scellement doit sécher 48 heures.. Robinetterie et accessoires Pose d un robinet avant compteur, d un compteur de volume d eau, d un réducteur de pression et d un clapet anti-retour : Ils permettent le raccordement de la maison au réseau public. Test de fonctionnement Il faut une demi-journée pour l installation de la robinetterie.

104 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 9-B Distance 80 m Distance 50 m Exercice n 1 : Après observation de la fiche élève n 9-A, vous allez lister les différentes opérations de réalisation : soit pour le branchement de l eau potable ; soit pour le raccordement aux égouts. Exercice n 2 : Après lecture des fiches ressources 9-A et 9-B, vous allez définir l ordre logique des opérations de réalisation sous forme de tableau : Branchement eau potable OU raccordement aux égouts N Etapes de réalisation Durée 1

105 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 9-C Exercice n 3 : Avec les indications sur la durée des travaux, estimez le temps nécessaire à la réalisation des opérations de raccordement (eau potable 80 m et assainissement : 50 m) : Exercice n 4 : Présenter toutes les informations (branchement eau potable ou raccordement aux égouts) dans un tableau en utilisant un tableur : Exercice n 5 : Après avoir comparé les 2 plannings de branchement, établir un nouveau planning prenant en compte les 2 branchements en même temps. Quelle est la durée des travaux des 2 branchements réalisés l un après l autre? Quelle est la durée des travaux des 2 branchements réalisés en même temps? Quelle est l importance d établir un planning de réalisation?

106 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Introduction : Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Séquence 10 Le réseau français d'assainissement et de distribution d'eau potable s'étend sur près de kilomètres. Pour éviter les nombreuses fuites d eau, il est nécessaire chaque année de remplacer les anciennes conduites. Ainsi, il est nécessaire de produire de nombreux tubes et tuyaux. Capacités visées : Enoncer les contraintes techniques liées à la mise en œuvre d un procédé de réalisation (2) ; Mettre en relation des caractéristiques géométriques d un élément et son procédé de réalisation (2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : séquence n 9 Investigation : Identifier la fabrication des tuyaux et tubes ; Découvrir le fonctionnement de l extrudeuse ; Découvrir l influence du matériau dans le mode de fabrication. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Fiche élève 10-A Fiche élève 10-A Fiche élève 10-B Fiche élève 10-C Fiche ressource 10-A Fiche ressource 10-B Conclusion Fiche élève 10-D

107 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 10-A Observation : Qu observez-vous sur ces images? Formuler le problème :

108 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 10-B Formulation d hypothèses : Les contraintes de fabrication A l aide de la séquence n 9 : Quel est le matériau utilisé pour des tuyaux d eau potable? Quel est le matériau utilisé pour des tubes d assainissement? Pourquoi utilise t-on ces types de matériaux pour des tuyaux enterrés? Quelles sont les caractéristiques géométriques des tuyaux et tubes? Savez-vous comment sont réalisés des tuyaux et des tubes? Réaliser un schéma de principe expliquant la fabrication d un tube. Quelle caractéristique des matériaux permet la fabrication des tuyaux et tubes?

109 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 10-C Mener l investigation : Le choix d un procédé en fonction de la forme des pièces Ligne d extrusion pour tuyaux en matières premières A l aide des fiches ressources 10-A et 10-B, répondre aux questions suivantes : Comment obtient-on la longueur du tuyau? Comment obtient-on la partie creuse du tube? Comment obtient-on le bon diamètre d un tuyau?

110 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche élève n 10-D Colorier le chemin de la matière plastique dans l extrudeuse : Identifier sur le schéma les différents éléments de l extrudeuse : Conclusion : Le choix de procédés de réalisation pour réaliser une pièce est lié à différentes contraintes : forme de la pièce ; précision attendue ; matériau ; nombre de pièces à réaliser.

111 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système Conception et réalisation Fiche ressource n 10-A Les caractéristiques des tubes et tuyaux : Les tuyaux servent depuis longtemps à transporter les fluides. L arrivée des matières plastiques a permis de réaliser des tuyaux dont les caractéristiques mécaniques sont certes plus faibles que pour la fonte ou le béton, mais leur caractère viscoplastique permet de subir des déformations importantes dues à l enfouissement. Cela explique que plus de 60 % des tuyaux soient fabriqués en thermoplastiques. Les thermoplastiques, comme le PVC, sont composés de macromolécules qui se déforment. Les matières thermoplastiques se ramollissent quand on augmente la température. Elles peuvent même être fondues bien que cet état de fusion soit toujours très visqueux, très pâteux. Les propriétés mécaniques des thermoplastiques sont par conséquent dépendantes de la température : la rigidité et la résistance mécanique diminuent avec une température plus élevée ; la souplesse, l allongement et la résistance au choc s améliorent avec une température élevée. Des exemples de thermoplastes : PE : polyéthylène ; PP : polypropylène ; PS : polystyrène ; PVC : chlorure de polyvinyle ; PA : polyamide ; PET : polyester thermoplastiques.

112 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI4 Comment gérer un projet de conception et la réalisation d un système? Conception et réalisation Fiche ressource n 10-B La production de tubes et tuyaux : Les produits en matière plastique sont souvent fabriqués par extrusion. A partir d un matériau (granulés ou poudre), on produit en continu des pièces de grande longueur. L extrusion est une technique de fabrication continue de tubes. La matière plastique est introduite, sous forme de poudre ou de granulés, dans un cylindre chauffé. A l intérieur de celui-ci tourne une vis assurant le transport et l homogénéisation de la masse fondue. Cette masse plastique est ensuite pressée à travers une filière, qui donne la forme finale. Le produit extrudé est refroidi et coupé en longueur. Cependant, l extrudeuse seule ne saurait suffire à garantir la qualité du produit. On trouve ainsi dans toutes les lignes des dispositifs de dosage, des bacs de refroidissement, des éléments de mesure de diamètre, des bobinoirs (stockage en bobine pour des tuyaux) et des scies (tube de longueur fixe).

113 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Séquence 11 Introduction : Un système d arrosage automatique permet d arroser un jardin de manière autonome, quand on le souhaite. L eau prélevée du réseau principal, est distribuée aux arroseurs par les tuyaux. Le programmateur pilote cette distribution d eau en agissant sur l ouverture ou la fermeture des électrovannes, pour la laisser passer ou non, en tenant compte de la pluie et du type de végétation. Capacités visées : Identifier les modes et dispositifs d acquisition de signaux et de données (1) ; Identifier la nature d une information et du signal qui le porte (1) ; Identifier les étapes d un programme de commande (2). Durée : 1 séance Dispositif : plusieurs groupes de 3 à 4 élèves Matériel : Ordinateur Documents ressources : fichier ressource «système d arrosage de Rainbird.pdf» Investigation : Identifier les éléments qui composent la chaîne d information ; Identifier les éléments d acquisition de l information ; Découvrir le traitement numérique de l information. Déroulement de la séquence et ressources multimédias associées : Déclencher l intérêt Formuler le problème Mener l investigation Fiche élève 11-A Fiche élève 11-A Fiche élève 11-B Fiche élève 11-C Fiche ressource 11-A Fiche ressource 11-B Conclusion Fiche élève 11-C

114 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Fiche élève n 11-A Observation : Formuler le problème : Qu observez-vous sur cette image? Mener l investigation : Un système automatique peut se décomposer en une chaîne d information et une chaîne d énergie. La chaîne d information est composée d éléments tels que les capteurs, les détecteurs, les cartes programmables et les supports de transmission et de communication de l information.

115 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Fiche élève n 11-B Les éléments qui composent la chaîne d information : Détecteur de présence Lors du fonctionnement d un système d arrosage automatique, quelles sont les informations prises en compte? Comment sont-elles transmises entre les éléments? A l aide des documents ressources 11-A, quels types d information utilise t-on dans ce système?

116 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Fiche élève n 11-C Les éléments du système d arrosage automatique : A l aide du document ressource 11-B, compléter le tableau ci-dessous en replaçant les éléments qui composent le système d arrosage suivant leur fonction. Illustrer les éléments à l aide du document ressource «système d arrosage de Rainbird.pdf» Fonctions Eléments Illustrations Acquérir l information Capteur Détecteur Traiter l information Communiquer l information Actionneur Le traitement numérique de l information : Etablir la représentation graphique du programme d un arroseur automatique prenant en compte : l humidité de l environnement ; l arrosage d un jardin lorsqu il y a une personne. Rédiger sous forme d organigramme. Conclusion : Un système automatique se caractérise par sa capacité à s adapter à son environnement et à être programmé par ses utilisateurs. Pour cela, il dispose d une chaîne d informations (partie commande) qui commande une chaîne d énergie (partie opérative). La chaîne d informations comprend différents éléments pour : acquérir de l information (à partir de capteurs) ; traiter l information selon la programmation du système ; communiquer des ordres de commande à la chaîne d énergie.

117 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Fiche ressource n 11-A Un système automatisé : Un système automatisé exécute toujours les mêmes séquences d opérations. Ces séquences dépendent des consignes d un opérateur et des informations fournies par des capteurs. Toutes ces opérations peuvent être définies par un programme. Consignes Ordres Actionneurs Opérateur Partie Commande Partie Opérative Signaux Compte rendu Capteurs Les différents types d information : Une information analogique Une information logique Une information numérique Elle représente une grandeur physique (température, vitesse) Elle peut prendre une infinité de valeurs au cours du temps. Elle ne peut prendre que 2 états : marche ou arrêt, ouvert ou fermé. Elle se compose d une suite d informations logiques 0 et 1 et peut prendre un nombre fini de valeurs. L acquisition d informations : Deux types d éléments permettent d acquérir des informations : Les capteurs sont utilisés pour acquérir des informations de nature physique ou analogique. Les détecteurs sont utilisés pour acquérir des informations de nature «tout ou rien» (logique). Le traitement de l information : Les informations circulent en passant par des connecteurs d entrée, puis sont traitées par des composants programmables. Des cartes (mini-ordinateurs, programmateurs) à composants électroniques traitent les informations en lisant en permanence les données à très grande vitesse. Un programme exécute ensuite les instructions en fonction des données d entrée et délivre des ordres à transmettre ou des informations à communiquer par les connecteurs de sortie. L interface de commande (interface homme-machine) fait partie de la chaîne d information et permet à l utilisateur de communiquer (donner des consignes et recevoir des informations) avec le système.

118 DOMOTIQUE ET CONFORT - CI5 Par quoi et comment sont réalisées l acquisition et la transmission de l information? Acquisition et traitement de l information Fiche ressource n 11-B Les actionneurs Un actionneur est un élément de la partie opérative qui agit physiquement à partir des l énergie qu il reçoit. Par exemple : émission de chaleur : convecteur, chauffe-eau ; déplacement, mouvement : moteur, vérin ; émission de lumière : éclairage, voyant. Le programme de commande d un système automatisé : Un système automatisé est conçu pour accomplir différentes tâches selon un programme donné, en fonction d informations sur son environnement acquises par des capteurs. Le programme est la description ordonnée des opérations à réaliser pour assurer le fonctionnement. Ce programme doit être écrit dans un langage que la partie commande sait interpréter, et que le programmeur doit connaître. Le programme se présente sous la forme d un algorithme ou d un organigramme. L organigramme : C est une suite de symboles qui sont exécutés un par un, dans l ordre indiqué par les flèches. Typologie des symboles : Symbole «action» Réalise l action indiquée Action Symbole «début de programme» Instruction de début du programme Début Symbole «TEST» Permet de choisir l opération suivante en fonction du résultat du test. L exécution ne se poursuit vers la sortie «oui» que si le test est vérifié. Elle se poursuit vers la sortie «non» dans tous les autres cas. Test NON OUI

119 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 1.APPROPRIATION DU CAHIER DES CHARGES ENSEMBLE RETENUE D EAU, USINE DE TRAITEMENT, CHATEAU D EAU ET ARROSAGE D UN POTAGER CONNAISSANCES Besoin 1 «Je sais» 1.1 Formaliser sans ambigüité une description du besoin (3) Représentation fonctionnelle 1.2 Enoncer et décrire sous forme graphique des fonctions que l objet technique doit satisfaire (2) Critère d appréciation, 2 «Je sais en parler» 1.3 Définir les critères d appréciation d une ou plusieurs fonctions (2) niveau 1.4 Dresser la liste des contraintes à respecter (3) 3 «je sais faire» Contraintes 1.7 Rédiger ou compléter un cahier des charges simplifié de l objet technique (2) Cahier des charges simplifié Planification, antériorité, chronologie Méthodologie de choix de matériaux Veille technologique Progrès technique, invention et innovations 1.12 Gérer l organisation et la coordination du projet (3) 2.3 Identifier les propriétés pertinentes des matériaux à prendre en compte pour répondre aux critères influents sur l objet technique (1) 2.4 Hiérarchiser les propriétés (2) 4.2 Situer dans le temps les inventions en rapport avec l objet technique étudié (2) 4.6 Organiser une veille technologique (1) 5.1 Choisir un mode de dialogue ou de diffusion adapté à un besoin de communication (2) 5.2 Choisir et utiliser les services ou les outils adaptés aux tâches à réaliser dans un travail de groupe collaboratif (2) Messagerie, flux audio ou vidéo Outils de travail collaboratif Activités : Appropriation et amélioration du Cahier des Charges résumé : Réaliser une maquette comprenant une réserve d eau brute (non traitée), une station de traitement de l eau, un château d eau et son réservoir, et une utilisation d arrosage d un potager. L eau circule en circuit fermé, elle ruisselle ou/et s infiltre vers la retenue d eau. Le volume d eau à traiter est d environ 5 litres, le traitement s effectue par quantités de 1 litre environ. Ces volumes déterminent l encombrement de la maquette. Les matériaux utilisés doivent pouvoir permettre un minimum d usinage, ils doivent être économiques, esthétiques, permettre des assemblages simples par collage et être imperméables à l eau Il est souhaitable d utiliser un minimum d énergie, certaines opérations pouvant s effectuer par gravité. FBO livre un «kit» complet permettant de réaliser cette maquette, mais le collège peut utiliser à sa convenance des pièces ou des matériaux issus de ses approvisionnements. FBO peut chiffrer et livrer des pièces détachées complémentaires sur demande. Ressources : CD Rom FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

120 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 2.RECHERCHE DE SOLUTIONS TECHNIQUES REALISATION DE LA PARTIE OPERATIVE CONNAISSANCES Contraintes 1 «Je sais» 1.5 Pour quelques contraintes choisies, définir le niveau que doit respecter l objet technique à concevoir (3) Solution technique Critère de choix d un matériau Caractéristiques d une source d énergie Progrès technique, invention et innovations, développement durable Identité numérique, mot de passe, identifiant 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» Activité : Recherche de solutions techniques pour réaliser : -La structure support de la maquette -Les bacs -Les supports des bacs -Le château d eau -Les canalisations du circuit fluidique Ressources : CD Rom FBO 1.6 Evaluer le coût d une solution technique et d un objet technique dans le cadre d une réalisation au collège (2) 1.8 Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction (3) 1.10 Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée (3) 2.1 Identifier les relations principales entre les solutions, matériaux et procédés de réalisation (2) 3.1 Identifier les caractéristiques de différentes sources d énergie possibles pour l objet technique (2) 4.4 Repérer dans un objet technique donné une ou des évolutions dans les principes techniques de construction (matériaux, énergies, structures, design, procédés) (2) 5.4 Gérer son espace numérique : structure des données, espace mémoire, sauvegarde et versions, droits d accès aux documents numériques (3) Fiche activité 1 Page 1 sur 1

121 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 2 CI 2.RECHERCHE DE SOLUTIONS TECHNIQUES REALISATION DE LA PARTIE COMMANDE CONNAISSANCES Contraintes 1 «Je sais» 1.5 Pour quelques contraintes choisies, définir le niveau que doit respecter l objet technique à concevoir (3) Solution technique Critère de choix d un matériau Caractéristiques d une source d énergie Progrès technique, invention et innovations, développement durable Identité numérique, mot de passe, identifiant 2 «Je sais en parler» 3 «je sais faire» 1.6 Evaluer le coût d une solution technique et d un objet technique dans le cadre d une réalisation au collège (2) 1.8 Proposer des solutions techniques différentes qui réalisent une même fonction (3) 1.10 Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée (3) 2.1 Identifier les relations principales entre les solutions, matériaux et procédés de réalisation (2) 3.1 Identifier les caractéristiques de différentes sources d énergie possibles pour l objet technique (2) 4.4 Repérer dans un objet technique donné une ou des évolutions dans les principes techniques de construction (matériaux, énergies, structures, design, procédés) (2) 5.4 Gérer son espace numérique : structure des données, espace mémoire, sauvegarde et versions, droits d accès aux documents numériques (3) Activité : FBO a fait le choix d une carte électronique programmable et d un logiciel spécifique pour piloter la maquette. La Partie Opérative peut être commandée par tout autre type de Partie Commande : autre carte électronique, automate programmable, automatisme en logique électrique câblée. Les capteurs et les actionneurs sont alimentés en 12V CC. Il est possible d étudier d autres solutions, parfois présentes dans les collèges (Carte «Picaxe», automate type Millénium, Zélio, Logo etc ). Ne pas oublier de prendre en compte le logiciel de programmation, avec son coût, sa convivialité et sa conformité aux connaissances technologies des collèges. Ressources : CD Rom FBO Fiche activité 2 Page 1 sur 1

122 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 3.REVUE DE PROJET ET CHOIX DE SOLUTIONS ENSEMBLE RETENUE D EAU, USINE DE TRAITEMENT, CHATEAU D EAU ET ARROSAGE D UN POTAGER CONNAISSANCES Représentation structurelle, 1 «Je sais» 1.9 Valider une solution technique proposée (3) modélisation du réel 1.10 Choisir et réaliser une ou plusieurs solutions techniques permettant de réaliser une fonction donnée (3) Solution technique 2 «Je sais en parler» 1.11 Réaliser une représentation numérique de tout ou partie d un objet technique avec un logiciel de conception assistée Critères de choix par ordinateur (3) 3 «je sais faire» énergétiques 2.2 Identifier quelques procédés permettant de mettre en forme le matériau au niveau industriel et au niveau artisanal (1) Durée de vie, cycle de vie Progrès technique, invention et innovations, développement durable 2.5 Choisir un matériau dans une liste fournie en fonction d un critère défini dans le cahier des charges (3) 3.2 Choisir, pour une application donnée, une énergie adaptée au besoin (3) 4.1 Repérer pour un objet technique donné, sa durée de vie et les conditions réelles ou imaginées de sa disparition (1) 4.4 Repérer dans un objet technique donné une ou des évolutions dans les principes techniques de construction (matériaux, énergies, structures, design, procédés) (2) Activité : Revue de projet sur les solutions trouvées Imaginer aussi, le démontage, la récupération, le recyclage éventuel de tout ou partie des constituants de la maquette pour les classes futures. Ressources : CD Rom FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

123 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 4.REALISATION ET VALIDATION DU PROTOTYPE ENSEMBLE RETENUE D EAU, USINE DE TRAITEMENT, CHATEAU D EAU ET ARROSAGE D UN POTAGER CONNAISSANCES Progrès technique, invention et 1 «Je sais» 4.5 Repérer les époques et identifier les mesures qui ont entrainé l homme à prendre conscience de la protection de innovations, développement l environnement (1) durable 2 «Je sais en parler» 5.3 Rechercher l information utile dans le plan d actions, le suivi des modifications et la planification des travaux à livrer (3) Planification, calendrier 6.1 Propriétés des matériaux et procédés de réalisation (3) 3 «je sais faire» Propriétés des matériaux et 6.2 Enoncer les contraintes liées à la mise en œuvre d un procédé de réalisation et notamment celle liées à la sécurité (2) procédés de réalisation Contraintes liées aux procédés et aux modes de réalisation Planning de réalisation Processus de réalisation 6.3 Rédiger les consignes relatives à la sécurité dans une fiche de procédure d une opération (3) 6.4 Définir à l avance les contrôles à effectuer pour toute opération de fabrication ou d assemblage (3) 6.5 Créer le planning de réalisation de l objet technique (3) 6.6 Concevoir le processus de réalisation (3) 6.7 Conduire la réalisation du prototype (3) Processus de réalisation, antériorité, ordonnancement Activité : Réalisation de la maquette, suivant les solutions techniques retenues : -Solution de «kit» FBO -Rénovation d une maquette FBO réalisée l année précédente -Solution conçue par le collège Ressources : CD Rom FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

124 3ème Technologie collège Fiche d'activité N 1 CI 5.PRESENTATION FINALE D UN PROJET ENSEMBLE RETENUE D EAU, USINE DE TRAITEMENT, CHATEAU D EAU ET ARROSAGE D UN POTAGER CONNAISSANCES Origines des matières 1 «Je sais» 2.6 Identifier l origine des matières premières et leur disponibilité (3) premières et disponibilité 3.3 Identifier les grandes familles de sources d énergie (1) Sources et disponibilité des 2 «Je sais en parler» 3.4 Indiquer le caractère plus ou moins polluant de la source d énergie utilisée pour le fonctionnement de l objet technique (2) ressources énergétiques 4.2 Situer dans le temps les inventions en rapport avec l objet technique étudié (2) 3 «je sais faire» Impact sur l environnement 4.3 Repérer le ou les progrès apportés par cet objet (2) Progrès technique, invention et innovations, développement durable 5.5 Distinguer les différents types de documents multimédias en fonction de leurs usages (1) 5.6 Choisir et justifier un format de fichier pour réaliser un document multimédia (2) 5.7 Créer et scénariser un document multimédia en réponse à un projet de publication, mobilisant plusieurs médias (3) Documents multimédia, nature et caractéristiques Activité : Présentation de la maquette de traitement de l eau : -Documents papier -Documents multimédias -Exposé oral Ressources : CD Rom FBO Fiche activité 1 Page 1 sur 1

125 --- Quatre séquences autour de l'eau --- Technologie en classe de 3e Travail réalisé par François BEAUDOUIN Philippe GESSET Vincent SIMON Académie d'orléans-tours Les photos et vidéos présentes dans ces documents sont libres de droits Merci de citer vos sources lors de l'utilisation de ces documents Novembre 2011

126 3ème: CI 4: Production et distribution d'eau potable : modélisation du principe de fonctionnement Connaissance(s) Capacité(s) Représentation structurelle. Modélisation du réel. Critères de choix d un matériau pour une solution technique donnée. Méthodologie de choix de matériaux Document multimédia. Nature et caractéristiques des documents multimédias. Propriétés des matériaux et procédés de réalisation. Contraintes liées aux procédés et modes de réalisation. Contraintes liées aux procédés de contrôle et de validation Planning de réalisation Processus de réalisation Antériorités et ordonnancement Démarche pédagogique : Situation Déclenchante : 1. L analyse et la conception de l objet technique - Réaliser un schéma, un dessin scientifique ou technique par une représentation numérique à l aide d un logiciel de conception assistée par ordinateur, en respectant les conventions. (3) 2. Les matériaux utilisés - Identifier les relations principales entre solutions, matériaux et procédés de réalisation. (2) - Identifier les propriétés pertinentes des matériaux à prendre en compte pour répondre aux contraintes du cahier des charges. (1) 5. La communication et la gestion de l information - Créer et scénariser un document multimédia en réponse à un projet de publication, mobilisant plusieurs médias. (3) 6. Les processus de réalisation d un objet technique - Justifier le choix d un matériau au regard de contraintes de réalisation. (2) Rédiger les consignes relatives à la sécurité dans une fiche de procédure d une opération. (3) - Définir à l avance les contrôles à effectuer pour toute opération de fabrication ou d assemblage. (3) - Créer le planning de réalisation du prototype. (3) - Concevoir le processus de réalisation (3) - Conduire la réalisation du prototype (3) Durée : 10H (5 séances) Dispositif : Voir chaque séance Matériel : Tuyau, bac, robinet, pompe immergée verticale, interrupteur de niveau, interface, maquette d un château d eau, maquette de filtre, plaque d essais (un ensemble par îlot) Documents Fichiers : - distribution _eau4_eleve_1.doc - distribution _eau4_eleve_2.doc - distribution _eau4_eleve_3.doc - on_capte_on_distribue.html - fiches_ressources_sw.html - distribution _eau4_vsd.doc Compétences B2I : C36 «Ça flotte!» Mise en œuvre de la situation déclenchante - document élève : «distribution_eau4_eleve1.doc» Investigation : Auteurs : [email protected] - [email protected] - [email protected] distribution_eau4_prof 1

127 Déroulement du cours : Séances N 1 et 2 : Conception et réalisation des supports Les élèves vont devoir réaliser deux supports : - L un permettant le maintien et la mise en position d un interrupteur de niveau. - L autre permettant le maintien de la pompe à eau immergée verticale. 01:50 01:00 00:30 Séance N 1 : Conception des prototypes (document élève : «distribution_eau4_eleve2.doc») Étape 1 : En binôme par îlot (Activité 10) Chaque binôme est chargé de concevoir l un des deux supports. Ils vont devoir : - Prendre en compte les caractéristiques des éléments à supporter à l aide de la ressource «on_capte_on_distribue.html» - Définir une forme (la plus simple possible) permettant un maintien et une mise en position des éléments dans le bac. - Choisir un ou des matériaux au regard des contraintes de réalisation. Justifier ce choix. - Réaliser un dessin technique à l aide d un logiciel de conception assistée par ordinateur. Séance N 2 : Réalisation, test et validation des prototypes Étape 2 : En binômes par îlot (Activité 11) Chaque binôme est chargé de réaliser l un des deux supports. Ils vont devoir : - Réaliser les prototypes des supports. Ressource : «fiches_ressources_sw.html» Remarque : - Les supports peuvent être réalisés à l aide de machines conventionnelles ou à commande numérique. Étape 3 : En binômes par îlot (Activité 12) A l issue des réalisations les élèves testent leurs prototypes sur la maquette. Ils devront réaliser les mesures correctives éventuelles en vue d une validation des prototypes Étape 4 : En îlots (Activité 13) Les élèves préparent le compte-rendu du travail réalisé. Ils doivent mettre en évidence sur un diaporama (4 diapositives maximum) : Leurs choix de forme, de matériaux ainsi que les difficultés rencontrées lors de la conception et lors de la réalisation. 00:20 Synthèse de la séance : Les élèves rendent compte par équipes de leurs investigations à l ensemble de la classe en présentant leur diapositive (travail réalisé lors de l étape 4). Travail à faire 03:40 Auteurs : [email protected] - [email protected] - [email protected] distribution_eau4_prof 2

128 Séances N 3 et 4 : Réalisation des maquettes 00:45 00 :45 00 :10 Chaque îlot assemblera une partie de la maquette de l usine de production d eau potable : - Soit une maquette autour des blocs fonctionnels CAPTAGE, FILTRATION, STOCKAGE. - Soit une maquette autour des blocs fonctionnels POMPAGE, STOCKAGE, DISTRIBUTION. Étape 1 : En îlots (Activité 14) A l aide de la ressource «la_gestion_de_projet.doc», produire un planning de réalisation et de mise en œuvre de la maquette. Les antériorités et l ordonnancement apparaîtront clairement selon le cahier des charges suivant : - Utiliser le tableur. - L étendue temporelle est de 2 séances soit approximativement 220 minutes. - Choisir une échelle adaptée (1 colonne correspond à X minutes). - Nommer chaque opération (très succinctement.) - Colorer la plage de cellules correspondant à la durée de chaque opération (utiliser différentes couleurs). - Coller le document final dans le cadre prévu sur le document élève. Étape 2 : En îlots (Activité 15) Assembler une partie de la maquette de l usine de production d eau potable : - Soit une maquette autour des blocs fonctionnels CAPTAGE, FILTRATION, STOCKAGE. - Soit une maquette autour des blocs fonctionnels POMPAGE, STOCKAGE, DISTRIBUTION. Étape 3 : En îlots (Activité 16) Réaliser la programmation de la maquette. Remarques : - Les activités 15 et 16 seront menées simultanément. - Chaque équipe gèrera la répartition des tâches. Étape 4 : En îlots Tester le bon fonctionnement du programme sur la maquette réalisée. 00:10 Synthèse de la séance : Travail à faire 01:50 Séance N 5 : Assemblage de la maquette de l usine de traitement d eau potable 01:20 00:20 Étape 1 : Deux îlots ensembles (soit 3 réalisations pour la classe) (Activité 17) Deux îlots réalisent la maquette complète de l usine de traitement d eau potable en interconnectant les deux maquettes (la maquette CAPTAGE, FILTRATION, STOCKAGE et la maquette POMPAGE, STOCKAGE, DISTRIBUTION). Étape 2 : Deux îlots ensembles (soit 3 réalisations pour la classe) (Activité 18) Réaliser la programmation de la maquette complète à partir des programmes produits lors de la séance 5. Remarques : - Les activités 17 et 18 seront menées simultanément. - Chaque équipe gèrera la répartition des tâches. Étape 3 : En îlot Tester le bon fonctionnement du programme sur la maquette. 00:10 Synthèse de la séquence 01:50 Auteurs : [email protected] - [email protected] - [email protected] distribution_eau4_prof 3

129 Proposition de synthèse active : (à construire avec les élèves) Synthèse de la séance N 1 : Nous avons conçu deux supports dont les fonctions sont : mettre en position et de maintenir en position une pompe et des capteurs. Des solutions techniques ont permis de réaliser les deux fonctions. Nous avons déterminé des formes et des dimensions puis choisi des matériaux. Le choix d'un matériau pour une solution technique donnée est réalisé en fonction : des formes des pièces à réaliser ; du procédé de réalisation et du mode de production qui seront choisis ; des propriétés des matériaux. Les solutions techniques retenues sont représentées à l aide de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). Ils permettent une représentation structurelle de l objet par des schémas et des dessins selon des conventions. Cette représentation du réel permet de tester par simulation le fonctionnement ou/et la réalisation de l objet. Synthèse de la séance N 2 : Pour conduire la réalisation des prototypes de nos supports il nous a fallu : Effectuer plusieurs opérations que nous avions planifiées. Respecter le temps imparti pour la réalisation. Se concerter au sein de l équipe pour se répartir les tâches Synthèse des séances N 4 et 5 : Chaque îlot a assemblé une partie de la maquette de l usine de production d eau potable. Puis deux îlots associés ont collectivement réalisé la maquette complète de l usine de traitement d eau potable en interconnectant leurs deux maquettes. Ce travail a mis en avant la nécessité de préparer en amont le processus de réalisation. Par exemple, nous avons dû prendre en compte les ressources matérielles disponibles dans le laboratoire de technologie. Nous avons alors élaboré un planning de réalisation sur lequel nous avons reporté les différentes tâches en tenant compte des antériorités afin de définir l ordonnancement des phases d usinage et de montage. Travail à faire : A l issu de la séance N 1 : 1/ Apprendre la synthèse. 2/ Selon l objet que vous avez conçu, lister les machines que vous comptez utiliser pour la fabrication. Vous pouvez vous aider du document ressource «techniques_de_faconnage.doc» A l issu de la séance N 2 : 1/ Apprendre la synthèse. A l issu de la séance N 5 : 1/ Apprendre la synthèse. Notes personnelles : Auteurs : [email protected] - [email protected] - [email protected] distribution_eau4_prof 4

130 Page 1 sur 3 Quatre séquences autour de l'eau Technologie en classe de 3e Travail réalisé par François BEAUDOUIN Philippe GESSET Vincent SIMON Académie d'orléans-tours (Ouvrir les liens avec IE, ou dans firefox avec IETab) La planification Les fiches de séquences et les documents d'accompagnement Documents élève Les évaluations et les documents d'accompagnement - Séquence N 1 (2 séances) : Mise en évidence de la pression de l'eau. En résumé : - Rechercher "pourquoi l eau ne coule pas!" (SP). - Proposer des solutions pour remédier au problème. - Choisir une solution. - Elaborer un processus de réalisation. - Réaliser une solution technique. - Réaliser un document de synthése de l'activité. Séance N 1: Pourquoi l'eau ne coule pas? - un problème - des solutions - Doc élève N 1 Séance N 2 : De l'idée à la réalisation - Doc élève N 2 Ressource : Exemple de solution technique - Fiche de séquence - Situations Problèmes : "Un jour dans le jardin..." - Vignettes de la situation problème - Séquence N 2 (3 séances) : Evolution des techniques de relevage. En résumé : - Rechercher un système technique permettant de distribuer l eau. - Réaliser un diaporama présentant le système technique retenu. - Réaliser une maquette du système. - Présenter le travail à la classe. Séance N 1 : Recherche documentaire et réalisation d un document multimédia - Doc élève Ressources : - Solidworks pour la réalisation d'une noria - Vidéo de la noria

131 Page 2 sur 3 - Fiche de séquence - Situation déclenchante : " Comment a-t-on fait pour distribuer l eau au fil du temps? " Evaluation : - Document élève - Vignettes de la situation déclenchante - Séquence N 3 (2 séances) : Production et distribution d'eau potable. En résumé : - Découvrir le principe de fonctionnement du château d'eau. - Découvrir le fonctionnement d'une usine de production d'eau potable. - Réaliser un schéma fonctionnel d'une usine de production d'eau potable. - Présenter le schéma réalisé. - Découvrir le rôle et fonctionnement des détecteurs de niveau. - Mettre en évidence la nécessité de concevoir et réaliser des supports pour mettre en place et maintenir les capteurs et la pompe en position sur la maquette. Séance N 1: Recherche documentaire et réalisation d une représentation fonctionnelle -Doc élève N 1 Séance N 2 : Relevage : Principe de fonctionnement -Doc élève N 2 - Doc élève N 2 corrigé Comment faire monter l'eau? - Doc élève N 3 - Doc élève N 3 corrigé Ressources : Ressource photos La production d'eau potable On capte on distribue - Fiche de séquence - Situations Problèmes : Version avec Powerpoint " Problème de robinet... " ou Version sans Powerpoint " Problème de robinet... " ou Vidéo du diaporama - Vignettes de la situation déclenchante - Séquence N 4 (5 séances) : Production et distribution d'eau potable : Modélisation du principe de fonctionnement. En résumé : - Concevoir et réaliser des supports pour les pompes et les détecteurs de niveaux. Séance N 1: Conception des prototypes -Doc élève N 1 Séance N 2 : Réalisation, test et validation des prototypes -Doc élève N 2 Ressources : On capte on distribue Fonctionnement du château d'eau Fichiers Solidworks pour la réalisation du fitre à eau, du

132 Page 3 sur 3 - Adopter des mesures correctives (si besoin). - Organiser l'assemblage de la maquette. - Réaliser l'assemblage de la maquette. - Réaliser la programmation de la maquette. - Tester et valider le fonctionnement du système complet. - Fiche de séquence - Situation déclenchante : "ça flotte - Comment résoudre ce problème" - Doc élève N 2 corrigé Séance N 3 : Réalisation des maquettes - Doc élève N 3 - Doc élève N 3 corrigé château d'eau et des supports. Documents de prise en main de Solidworks. edrawings d'un support d'interrupteur de niveau. Les techniques de façonnage Fiches de sécurité de machines-outils. Présentation de la gestion de projet Livret de prise en main de logiciel de programmation. Vidéo du système complet Evaluation : - Document élève - Proposition de correction Evaluation finale des quatre séquences : Analyse, conception et réalisation d'un objet technique - Document élève - Proposition de correction Les photos et vidéos présentes dans ces documents sont libres de droits Merci de citer vos sources lors de l'utilisation de ces documents Novembre 2011

133 Guide d utilisation du logiciel HydroCycle 1 Installer le logiciel et le driver USB «3C Concept» suivant la procédure décrite dans le fichier «Instructions d Installation» de ce répertoire En cas de conflits des ports USB, utiliser les procédures Windows pour résoudre le problème et installer le pilote de la carte 3C Concept : Sous Windows XP par exemple, «Panneau de configuration» puis «Système» puis «Matériel» puis «Gestionnaire de périphérique» puis «Contrôleurs de bus USB». Sélectionner le bus USB désactivé, et installer le pilote sélectionné dans le CD 3C Concept ou dans le répertoire HydroCycle du CD FBO 2 HydroCycle sert à piloter, visualiser, et forcer les actions de l automatisme de la maquette de traitement de l eau. La commande de la maquette ne peut s effectuer qu en mode connecté au PC. Il est la propriété de FBO qui est l auteur, et qui l a développé spécifiquement pour cette application. Il peut être dupliqué à volonté dès lors que l acquisition d une maquette a été effectuée par un établissement scolaire. Toute modification ou reproduction à des fins commerciales est interdite sauf autorisation écrite de FBO. FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

134 3 Lancer le logiciel Dans la barre d outils, cliquer sur «liens» pour trouver quelques ressources Internet sur l eau : FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

135 4 Cliquer sur «Manuel» Ce mode permet de forcer à 1 ou à 0 toutes les actions et de visualiser l état des capteurs et des actionneurs. La maquette peut donc être pilotée manuellement. Bien que des sécurités de débordement de bacs aient été prévues, faire attention à leur niveau. FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

136 5 Mode Automatique On peut sélectionner une vue schématique ou une vue logigramme. En mode schématique, le plus complet, cliquer sur Marche : Le cycle simple permet d effectuer 1 seul cycle de traitement de l eau d un volume de 1 litre. C est ce volume qui est sélectionné dans le bacs de décantation et qui subit ensuite les différents traitements jusqu au bac de pompage. On visualise le déroulement du cycle, l état des capteurs et des actionneurs sur le synoptique et dans le tableau récapitulatif de droite. On peut paramèter les différentes temporisations, et des liens (? ) permettent de visualiser quelques exemples du traitement de l eau sélectionné. FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

137 En cycle complet, les différents traitements s effectuent successivement. On visualise les différents process, ci-dessus l évacuation du bac de décantation vers le bac à sable. Ci-dessus, l opération d ozonation FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

138 Ci-dessus l évacuation du bac d ozonation vers le bac de charbon actif, l éclairage du bac de pompage (Led bleue), et le pompage vers le réservoir du château d eau. Sélection de la vue «Logigramme» On visualise en cycle complet seulement, le déroulement du cycle avec les états actifs en jaune. FBO SAS au capital de euros Banque TARNEAUD BNP N TVA : FR R.C.S. Limoges N Gestion 2005 B APE 2812Z SIRET : Siège social Saint-Junien (87) : Etablissement secondaire Rolampont (52) :

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145 Fiche ressource n 1 : Les 5 étapes du cycle domestique de l eau potable Le cycle subi par l eau, du fait de son usage par les sociétés humaines, se décompose en cinq grandes étapes : le captage, la production d eau potable, le stockage, la distribution, la collecte et la dépollution des eaux usées. SOMMAIRE 1) Le pompage 2) Le traitement de l eau 3) Le stockage 4) La distribution 5) Les eaux usées 6) Quelques chiffres du réseau d eau français Le pompage : Le pompage est l opération qui extrait l eau du milieu naturel pour l acheminer vers les usines de traitement. Elle est prélevée dans un cours d eau ou une nappe d eaux souterraines. Le traitement de l eau : Toutes les eaux ne se ressemblent pas. Certaines par exemple sont plus calcaires que d autres ou plus chargées en nitrates. Le mode de production pour rendre l eau potable sera adapté aux caractéristiques propres des différents types d eau. L eau à traiter doit donc être en permanence analysée, contrôlée par les pouvoirs publics et conforme aux normes en vigueur.

146 Le stockage : L eau est le plus souvent stockée dans des châteaux d eau pour des raisons d économies. En effet le passage direct de l usine de production d eau potable au réseau de distribution nécessite des stations de pompage et des groupes électrogènes, un processus plus coûteux. Les châteaux d eau permettent également à l usine de production d eau potable de fonctionner à débit constant. Ils jouent le rôle de réserve d eau et constituent une sécurité en cas de surconsommation assurant un débit et une pression réguliers.

147 La distribution : La distribution de l eau se fait à partir d un réseau de canalisations en béton armé, en fonte ou en matière plastique. Ce réseau souterrain est sans cesse contrôlé et entretenu par les agents de réseaux. Ils ont la charge des fuites (détection et réparation), de l entretien des canalisations et des réservoirs. Les eaux usées : Toute eau consommée, par les ménages (vaisselle, toilette, lessive...) ou les industries, est polluée et repart chargée de déchets. Les eaux sales provenant de nos maisons et celles des industries ne peuvent être mélangées car les rejets industriels sont souvent beaucoup plus toxiques. Ils nécessitent un premier traitement avant d être admis dans le réseau d évacuation public. Les égouts sont déversés dans une station d épuration qui est chargée de "laver" les eaux sales avant de les rendre assainies au milieu naturel. Quelques chiffres du réseau d eau en France : Le cycle de l eau de consommation nécessite d énormes infrastructures. Pour alimenter en eau l ensemble de la population française, pas moins de captages, kilomètres de canalisations, châteaux d eau, et près de usines de production d eau potable sont en effet nécessaires. A ceci, il faut encore ajouter les installations de collecte et de dépollution des eaux usées, soit kilomètres de canalisations et usines de dépollution. A l évidence, seuls les pays riches peuvent se doter de tels équipements qui font grandement défaut à ceux qui n en disposent pas.

148 Fiche élève n 1 : Les grandes étapes du cycle domestique de l eau potable Mise en situation : Suite à la visite d une station de pompage de l eau, ou d une station de traitement de l eau, ou d un château d eau, ou dans le cadre d un projet sur le développement durable et l utilisation de l eau par l homme, la classe a été choisie pour réaliser une exposition au CDI sur le cycle domestique de l eau potable. Pour cela, on vous demande de préparer des panneaux sur le cheminement de l eau, de son pompage jusqu à sa distribution : * En introduction, vous présenterez les différentes étapes du cycle (exercice n 1 de l activité 1). * Puis vous présenterez succinctement les différents pompages de l eau (exercice n 2a de l activité 2). * Vous présenterez les différentes techniques de traitement de l eau pour la rendre potable (exercice n 3 de l activité 3). * Vous présenterez le principe du château d eau (exercice n 4a de l activité 4). * Vous présenterez les moyens mis en œuvre pour distribuer l eau jusqu à nos habitations (exercice n 5a de l activité 5). Vous réaliserez trois diaporamas : un sur le métier de monteur en tuyauterie (exercice n 5b de l activité 5). un sur le métier de foreur (exercice n 2b de l activité 2). un sur la construction d un château d eau (exercice n 4b de l activité 4). Exercice n 1 : Compléter le schéma de présentation du cycle domestique de l eau potable en vous aidant de la fiche ressource n 1. Dans chacune des 5 cases de l image vous indiquerez le nom qui correspond à une étape du cycle domestique de l eau. Dans les grands cadres extérieurs à l image vous y présenterez chaque étape du cycle domestique de l eau en quelques lignes, vous y préciserez aussi les chiffres correspondants au réseau d eau français.

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150 1 L eau circule sur toute la surface de la Terre sous forme de nuages, de pluies, de rivières, d océans. 2 En s évaporant sous l effet du soleil, l eau des océans, des rivières, des lacs et des végétaux forme les nuages. 3 L eau des nuages retombe sur la Terre sous forme de précipitations. 4 Une partie de l eau s enfonce sous la terre pour former les nappes : c est l infiltration. 5 L autre partie de l eau rejoint les océans grâce aux rivières et aux fleuves : c est le ruissellement. Le cycle de l eau Sous l effet du soleil, l eau de mer s évapore et s élève dans l atmosphère. 1 Évaporation L évaporation se fait également à partir de la terre : les rivières, les lacs, les sols, les animaux, les hommes et surtout la végétation alimentent les nuages en vapeur d eau. 2 Condensation Les gouttelettes se rassemblent pour former des nuages ou du brouillard. 3 Précipitations 79 % des pluies tombent sur les océans. Quand les conditions climatiques changent, les gouttes s alourdissent et tombent en pluie ou neige selon la température. 21 % des pluies tombent sur la terre ferme, puis elles s infiltrent ou ruissellent. 4 Retour à la mer Évaporation : quand l eau passe de l état liquide à l état gazeux. Condensation : quand l eau passe de l état gazeux à l état liquide. Nappe : grande étendue d eau enfouie dans le sol. L autre partie s infiltre dans le sol et vient alimenter les nappes souterraines, essentielles pour la culture et la vie. C est cette eau qui s écoule dans les sources et approvisionne les puits. 4

151 1 70 % de la surface de la Terre est recouverte d eau. C est pour cela qu on l appelle la «Planète bleue». 2 Plus de 97 % de cette eau est salée (mers, océans et banquises). 3 Moins de 3 % de cette eau est douce (pas salée). Elle se trouve dans les glaciers, sous la terre, sur la terre (lacs, étangs, cours d eau...) et dans l air (nuages, pluie, vapeur...). 4 Toute cette eau douce provient principalement des précipitations. Eau douce et eau salée Il y a millions de milliards de tonnes d eau sur Terre (la même quantité depuis que la Terre existe) dont : Eau salée 97,17 % Eau douce 2,83 % C est une toute petite part de l eau sur Terre mais c est celle qui nous est essentielle pour boire, nous laver et faire pousser les plantes. Dans les glaciers 76 % Les glaciers continentaux se trouvent aux deux pôles (particulièrement en Antarctique et au Groenland). Ce sont les restes des immenses calottes glaciaires qui recouvraient une grande partie de la Terre pendant les glaciations. Ils constituent la plus grande réserve d eau douce de la planète. Les glaciers de montagne sont formés de neige accumulée qui s est transformée en glace. Elle recouvre plus des 2/3 de la surface de la Terre dans les océans, les mers et les banquises (partie gelée des océans polaires). C est grâce à elle que la vie existe. Elle s est peu à peu salée au contact des roches et minéraux. En surface 1,46 % Dans l air 0,03 % C est l eau que l on trouve en suspension dans l atmosphère : les nuages, la vapeur, la brume. Ce sont les lacs, les étangs, les mares, les puits, les flaques Ces plans d eau se remplissent grâce aux pluies, aux nappes souterraines ou aux cours d eau (fleuves, rivières ). Ils prennent souvent naissance dans les montagnes sous forme de torrents. Les rivières se jettent dans les fleuves, qui coulent jusqu aux mers et aux océans. Sous la terre Calotte glaciaire : masse de glace qui recouvre parfois le sol, parfois tout un continent (l Antarctique). Glaciation : période pendant laquelle se sont formés les glaciers. Fonte : transformation de la neige ou de la glace en eau. 22,5 % Les eaux souterraines peuvent être près de la surface (les nappes phréatiques) ou en profondeur (les nappes profondes ou captives). Elles proviennent de la fonte des neiges et des pluies. 5

152 1 Les eaux souterraines proviennent de l infiltration des eaux de pluie dans le sol. 2 Elles y forment des nappes. Les nappes phréatiques sont celles qui sont les plus proches de la surface du sol. 3 Il existe aussi des nappes plus profondes et des cours d eau souterrains. 4 Après avoir capté et traité ces eaux dans des usines de production d eau potable, l homme s en sert pour sa consommation. Les eaux souterraines L infiltration L eau de pluie s infiltre dans le sol en passant par toutes les fissures de la terre ou de la roche. Elle se débarrasse ainsi de ses impuretés et remplit les espaces vides avant d être arrêtée par une couche imperméable. La source C est un endroit où les eaux souterraines sortent naturellement du sol et s écoulent à la surface. C est donc souvent le lieu de naissance d un cours d eau. Les rivières souterraines Dans les roches tendres, ou quand de grandes failles fendent la roche, des cours d eau souterrains se forment. Ils peuvent creuser de gigantesques grottes ou des réseaux qu explorent les spéléologues. Les nappes souterraines L eau infiltrée s accumule sous la terre et forme des réservoirs, qu on appelle des «nappes» et qui peuvent s étendre sur des centaines de kilomètres. On les capte pour notre consommation d eau. Il existe 2 sortes de nappes souterraines : Infiltration : passage de l eau à travers le sol. Fissure : petite fente dans une roche. Imperméable : que l eau ne peut pas traverser. Capter : pomper de l eau. 1 Les nappes phréatiques Ce sont les nappes qui se trouvent le plus près de la surface du sol. C est l eau que l on trouve au fond des puits. 2 Les nappes profondes ou captives Ce sont les nappes qui se trouvent en profondeur. Elles sont ainsi mieux protégées de la pollution. 6

153 1 L eau qui coule du robinet provient soit directement d un captage, soit d une usine de production d eau potable. 2 L eau pompée dans les nappes profondes subit une filtration et une chloration. L eau prélevée dans les rivières ou les lacs est toujours traitée en usine pour devenir potable. 3 Plusieurs étapes de nettoyage sont nécessaires pour rendre cette eau propre à la consommation et améliorer sa couleur et son goût. 4 Ces étapes peuvent varier selon le niveau de pollution de l eau pompée. Les étapes de la production d eau potable 1 Le captage L eau est ici pompée dans une rivière. Elle est conduite par une canalisation jusqu à l usine de production. 2 Le dégrillage Circuit de l eau À son entrée dans l usine, l eau traverse une grille de barreaux, espacés d environ 5 centimètres les uns des autres, qui stoppe les plus gros déchets (branches, plastiques ). 3 Le tamisage L eau continue son chemin et traverse un grillage plus serré, le tamis, qui retient les petits déchets comme les mégots de cigarette ou les allumettes. 4 La décantation On verse ensuite un produit coagulant dans l eau. Les impuretés se regroupent et forment de petits paquets qui tombent au fond du bassin de décantation. L eau devient plus claire. 5 La filtration sur sable L eau traverse une épaisse couche de sable qui arrête les dernières petites impuretés visibles. 7 La filtration au charbon actif L eau passe à travers une couche de grains de charbon. Dedans, de bonnes bactéries mangent les morceaux de matières organiques encore présents. L eau est maintenant potable. 6 L ozonation Un gaz, l ozone, est diffusé dans l eau pour supprimer les impuretés invisibles : virus et bactéries sont détruits, les matières organiques sont cassées en morceaux. Matière organique : morceau d organisme vivant en décomposition. Potable : que l on peut boire sans risque pour la santé. Désinfectant : qui détruit les microbes. Normes : ensemble de règles à respecter. 8 La chloration Pour que l eau conserve sa bonne qualité en parcourant les canalisations de l usine aux consommateurs, on ajoute du chlore, un désinfectant. 7 Les contrôles Le service des eaux qui a la responsabilité de l usine effectue régulièrement des contrôles pour vérifier que l eau est conforme aux normes. De plus, l État réalise des contrôles dont les résultats doivent être affichés dans les mairies.

154 1 Une fois l eau traitée en usine, il faut la stocker car la consommation n est pas régulière. 2 Il existe plusieurs types de réservoirs : les réservoirs au sol, enterrés ou surélevés (les châteaux d eau). 3 Les châteaux d eau permettent de faire monter l eau à tous les étages d une maison située plus bas que le réservoir. 4 Les tuyaux des canalisations transportent l eau, de l usine aux consommateurs, en passant par les réservoirs. Les réservoirs Usine de production d eau potable Ils servent à stocker temporairement l eau potable (car la consommation est très différente selon l heure ou le jour) avant qu elle soit distribuée. Ils peuvent être au sol, enterrés ou surélevés artificiellement (les châteaux d eau). Les réservoirs au sol ou enterrés Ils sont situés dans les zones les plus hautes de la ville pour que l eau s écoule toute seule vers les consommateurs. Ils possèdent une grande capacité de stockage. Pour respecter le paysage, ils sont parfois enterrés. Les châteaux d eau En terrain plat, ils permettent de créer une différence de niveau artificielle. Ce sont de grandes tours avec un réservoir à leur sommet. Les canalisations Elles transportent l eau, de l usine aux habitations, en passant par les réservoirs. En France, le réseau compte plus de km de canalisations, soit plus de 20 fois le tour de la Terre. La distribution de l eau est pilotée à partir d un centre de contrôle qui surveille 24 h/24 la consommation, le niveau des réservoirs ou encore la qualité de l eau. Pendant 1 2 la nuit (quand la consommation est basse), l eau est poussée vers le haut par des pompes. L eau reste stockée dans la partie haute du château d eau. Il y a là de à mètres cubes d eau. Canalisation : gros tuyau qui transporte l eau. Stocker : faire des réserves. Artificielle : fabriquée par l homme et non par la nature. L organisation de la distribution d eau En France, le service de l eau est assuré par les communes, souvent avec l aide de sociétés privées spécialisées. Elles apportent leur savoir-faire technique pour rendre l eau potable, pour la distribuer et pour faire fonctionner les installations d évacuation et de dépollution des eaux usées. 3 L eau descend à la demande grâce à son propre poids vers les canalisations qui la transportent jusqu aux consommateurs. 8

155 1 Il ne se passe pas une journée sans que nous utilisions de l eau. 2 Au 19 e siècle, en France, on utilisait en moyenne 10 litres d eau par jour et par personne. 3 Aujourd hui, on utilise près de 137 litres d eau par jour et par personne pour boire, se laver, laver le linge ou arroser son jardin. 4 L équipement des maisons et des immeubles en eau courante est un progrès récent. 5 L eau potable est issue d une usine de traitement puis distribuée dans les habitations par un réseau de canalisations souterraines. Combien de litres d eau? Aux toilettes Tirer la chasse d eau 6 à 12 litres L eau à la maison Dans la salle de bains Un bain 150 à 200 litres Une douche de 4 à 5 minutes 60 à 80 litres Une toilette au lavabo 5 litres Dans la cuisine Lave-linge 35 à 60 litres par lessive Vaisselle à la main 10 à 12 litres par lavage Lavevaisselle 12 à 16 litres Boire et cuisiner 10 litres Dans le jardin Lavage d une voiture 200 litres Le compteur Il mesure la quantité d eau utilisée dans la maison. Il permet de calculer combien il faudra payer pour la facture du service de l eau. Arrosage du jardin 15 à 20 litres par m2 Service de l eau : ensemble des activités liées à la distribution et au traitement de l eau. Remplissage d une piscine de à litres 10 Les collecteurs Ils transportent l eau qui a été utilisée des habitations jusqu aux stations d épuration.

156 1 L assainissement, c est le fait de dépolluer les eaux usées, celles dont on s est servi, afin que ces eaux n aillent pas polluer les cours d eau et les sols. 2 L eau sale est acheminée par les collecteurs jusqu aux stations d épuration. 3 Là, elle est dépolluée puis déversée dans les cours d eau. 4 Dans les maisons isolées et les campagnes peu peuplées, l assainissement se fait grâce aux fosses septiques. La dépollution des eaux usées Les collecteurs Les eaux usées venues des maisons, des immeubles, des bureaux et des usines sont rejetées dans les tuyaux enterrés du réseau d'assainissement, appelés «collecteurs». Ces tuyaux les conduisent jusqu'aux stations d'épuration. Dans les grandes villes, on parle d'égouts. Le réseau français mesure environ km. Dégrillage et dessablage À la campagne ou pour les maisons isolées, il n'y a souvent pas de collecteurs. Les eaux vont alors dans une fosse septique, un système qui permet à l'eau de peu à peu se purifier grâce à la décantation et au filtrage naturel du sol. 1 Les fosses septiques Le bassin d'orage Il stocke une partie des eaux pendant les fortes pluies pour éviter le mélange entre eaux usées et eaux de pluie, ce qui pourrait faire déborder les collecteurs. L'eau est ensuite envoyée à la station de dépollution pour y être traitée. La station de dépollution Les eaux usées arrivent dans la station d'épuration pour être nettoyées et dépolluées. Elles pourront ainsi être rejetées dans les cours d'eau sans les polluer. Traitements biologiques Dégraissage Décantation Clarification Acheminer : conduire vers le lieu de traitement. Collecteur : tuyau qui reçoit les eaux usées. Fosse septique : réservoir où les déchets sont évacués puis rendus liquides par des bactéries. Le prix de l'eau Près de la moitié de la somme payée par ceux qui utilisent l'eau va aux services de production et de distribution d'eau potable. Plus d'un tiers va aux services de dépollution des eaux usées ; moins d'un quart aux taxes publiques qui servent surtout à payer la lutte contre la pollution. Taxes et redevances Collecte et traitement des eaux usées 17 % 37 % 46 % Production et distribution d'eau potable 15

157 1 Dans une commune, c est le maire qui est responsable de l eau et de l assainissement. Mais il confie souvent ce travail à des entreprises privées qui s occupent de fournir l eau à tous. 2 Les personnes employées dans les usines de traitement travaillent à rendre l eau potable. 3 Les employés qui s occupent du réseau de distribution surveillent l acheminement de l eau jusqu au robinet. 4 Le service clientèle relie le client aux services de distribution. Les métiers de l eau potable Le réseau Usine de production d eau potable Le responsable réseau vérifie avec son équipe l état des canalisations, de l usine jusqu au robinet. Il s occupe aussi de faire installer de nouvelles canalisations. Le chasseur de fuites inspecte les canalisations avec des appareils spéciaux et repère les fuites grâce aux bruits. Dans l usine d eau potable Le chef d usine est responsable de tous les traitements effectués sur l eau. Il supervise son équipe. L électromécanicien répare les machines en panne et en installe de nouvelles. Il règle également les installations électriques. Le préleveur d eau prélève des petites quantités d eau dans des flacons qu il donne au contrôleur qualité. Le contrôleur qualité analyse dans son laboratoire les flacons d eau pour vérifier que l eau est bien potable. Le chercheur améliore les techniques pour filtrer, traiter, analyser l eau et pour mieux entretenir et réparer les canalisations. Assainissement : dépollution des eaux usées. Réseau (ici) : ensemble de tuyaux qui sont reliés entre eux. Les services à la clientèle Le chargé de clientèle Le service clientèle relie le client aux services de distribution. Il existe aussi des métiers liés à la dépollution des eaux usées comme chef d'usine, égoutier Le releveur de compteur passe dans les habitations pour regarder sur le compteur la quantité d eau utilisée. Ce chiffre permet ensuite de calculer le montant à payer, mais aussi de détecter une fuite si la consommation a brutalement augmenté d un relevé à l autre.

158 1 Les besoins en eau sur Terre augmentent 2 fois plus vite que la population mondiale. 2 L eau est une ressource normalement renouvelable à l infini. Mais comme on la consomme de plus en plus, elle devient rare et précieuse. 3 Pour ne pas gaspiller l eau, il existe quelques gestes simples à effectuer au quotidien. 4 N abandonnons pas dans la nature ou dans la rue des déchets qui, tôt ou tard, peuvent polluer l eau. L eau, c est précieux! Ne pas laisser couler l eau Arrêter l eau quand on se brosse les dents et quand on se savonne. Prendre une douche plutôt qu un bain Un bain consomme jusqu à cinq fois plus d eau qu une douche de 5 minutes. Entretenir sa tuyauterie Contrôler l état général et réparer les fuites d eau. Un robinet qui goutte perd jusqu à 120 litres d eau par jour, une chasse d eau 600 litres. Moins polluer Ne pas jeter les restes d aliments, les emballages ou les produits toxiques dans les éviers et les toilettes. Réduire les doses de lessive, de produit vaisselle et utiliser de préférence des produits biodégradables. Réduire l arrosage Arroser son jardin ou laver sa voiture moins souvent pendant l été pour préserver les nappes phréatiques. Arroser le soir pour éviter l évaporation de l eau sous l effet de la chaleur. Récupérer l eau de pluie des gouttières et utiliser un arrosoir plutôt qu un tuyau. Bien utiliser les appareils électroménagers Fuite : eau qui s échappe anormalement. Toxique : dangereux pour l organisme. Biodégradable : qui se décompose naturellement. Faire marcher son lave-vaisselle et son lave-linge uniquement lorsqu ils sont pleins. Remplacer les vieilles machines par des récentes qui consomment deux fois moins d eau. 22

159 Les programmes : Le cycle domestique de l eau - Approche écologique à partir d un environnement proche. - Trajet et transformations de l eau dans la nature - Qualité de l eau Compétences visées : - Poser des questions précises et cohérentes à propos d une situation d observation ou d expérience. - Imaginer et réaliser un dispositif expérimental susceptible de répondre aux questions que l on se pose, en s appuyant sur des observations, des mesures appropriées ou un schéma. - Recommencer une expérience en ne modifiant qu un seul facteur par rapport à l expérience précédente. - Mettre en relation des données, en faire une représentation schématique et l interpréter, mettre en relation des observations réalisées en classe et des savoirs que l on trouve dans une documentation. - Rédiger un compte rendu intégrant schéma d expérience ou dessin d observation. Les séances : - Comment filtrer de l'eau sale? - Comment produit-on l eau potable? - Différence station d'épuration et station de production d'eau potable. - Comment est distribuée l eau potable? Questionnaire : L eau dans la vie quotidienne, son circuit : Qu'est-ce que la pollution? Salir, rejeter les déchets. De l eau, où peut-on en trouver? La mer, les rivières, les lacs, mais aussi le robinet Chez vous, à quoi sert l eau? A boire, cuisiner, laver, jouer

160 Mais cette eau, d où vient-elle? Du robinet, des tuyaux, de la source, Et où va-t-elle quand on l a utilisée pour se laver, pour laver le linge, pour tirer la chasse d'eau? Dans les tuyaux, à la mer, à la station d'épuration... La pollution: On procède à une rapide synthèse : «L eau, nous l utilisons tous les jours pour boire, pour cuisiner, pour laver ou se laver, pour jouer parfois aussi.» Vous avez devant vous deux affiches l une à gauche montrant une eau propre et claire et l autre à droite montrant une eau polluée. Avant de reprendre le questionnement : Voici une série de photographies montrant des objets ou produits ainsi que diverses activités humaines. «D après-vous, pourquoi ai-je choisis ces photographies? Je vous rappelle que l on travaille sur l eau, sur sa pollution Vous allez devoir me dire si ce que vous voyez sur ces photographies est dangereux ou pas pour la qualité de l eau.» Décharge sauvage : détritus dans la rivière. Usine : rejet de produit toxique dans l air et dans l eau. Tracteur agricole : résidus de pesticides, d engrais dans la terre et dans l eau. Ville : rejet des eaux usées, des égouts dans l eau de la rivière. Pétrolier : risque de marée noire. Arrosage du jardin : sans danger si l on ne rajoute pas d engrais ou de pesticides. Laver sa voiture : danger si utilisation de produits nettoyants. Château d eau : stockage de l eau. Prendre un bain : des produits dans l eau qui seront éliminées à la station d épuration. Puis l on entame une discussion, des négociations autour des différentes photographies.

161 Comment filtrer de l'eau sale? Après avoir établi avec les élèves qu à la station de pompage ou à la station d épuration il faut nettoyer l eau, il s agit d élaborer un processus expérimental afin de nettoyer de l eau chargée de détritus divers. Objectifs : - Connaître la décantation et la filtration comme procédés permettant d épurer l eau. - Décrire les opérations successives effectuées sur les eaux usées dans une station d épuration. - Savoir que filtrer l eau ne suffit pas à la rendre potable. Matériel : Grillages fins, grillages moyens, entonnoirs, bocaux en verre, coton, filtres à café, argile en poudre, éponges, papier essuie tout, bouteilles remplies d eau très sale. Préparation de l eau : l eau sale pourra comporter des éléments divers : terre, argile, sable fin, feuilles, morceaux de bois, huile etc. Cahier d expérience : Les enfants imaginent et dessinent les dispositifs, puis élaborent la liste du matériel dont il vont avoir besoin. ( pour les plus grands il est possible de les laisser chercher le matériel sans aucune aide, pour les autres le matériel peut être prédisposé sur les tables, ils n ont alors plus qu à choisir ce qu ils vont utiliser). Problématique : En utilisant le matériel que vous avez choisi vous allez devoir nettoyer l eau sale dont vous disposez afin de la rendre la plus claire possible. Après l expérience, chaque groupe explique quelles techniques il a utilisé et montre le résultat obtenu. Il s agira ensuite d élaborer avec les élèves les différentes étapes de nettoyage en s appuyant sur la station d épuration. Étapes de nettoyage :

162 - Le dégrillage ou écumage :-on élimine les gros déchets à l'aide du grillage, tamis, passoires etc... La filtration :-les filtres pourront être de différentes natures + filtres à café, coton, essuie-tout, sable, graviers etc... Les élèves ont remarqué que la filtration devait être faîte plusieurs fois avant d'obtenir une eau claire. On insistera longuement sur le fait que l'eau obtenue à la fin est claire mais non potable. En effet dans cette eau, il reste de nombreuses bactéries qui ne peuvent être filtrées. Grillage Gros déchets Essuie-tout ou coton Cette étape doit être réalisée plusieurs fois. Réalisation d'un filtre On pourra ensuite montrer une expérience qui permet de nettoyer l'eau en une seule fois. A la fin de l'expérience on demande aux enfants d'expliquer pourquoi les différents éléments ont été placés dans un ordre bien précis. Ils trouveront assez facilement que le gravier retient les gros déchets, que le sable retient les déchets de taille moyenne et qu'enfin le coton filtre plus finement. La lenteur de la filtration joue aussi un rôle prédominant car elle permet à tous les déchets de se déposer. L'eau obtenue est claire mais toujours non potable.

163 GRAVIERS SABLE COTON N.B : Ce principe peut être relié à la notion de nappes phréatiques où l'eau traverse lentement plusieurs couches successives et arrive épurée. L'eau presque claire obtenue devra être conservée afin de la réutiliser dans les futures expériences permettant de se rapprocher le plus possible d'une eau potable.

164 L'ébullition : Matériel : bouilloire, bac transparent, verre transparent et eau sale. Si les élèves ont déjà travaillé sur les 3 états de l eau, l enseignant pourra présenter l expérience suivante. L'eau sale sera portée à ébullition dans une bouilloire ou une casserole, la vapeur d'eau sera alors recondensée sur une surface froide ( assiette, saladier... ) et l'eau obtenue sera récupérée dans un récipient. L'eau récupérée est assez claire car seule l'eau se transforme en vapeur. Il persiste tout de même des fines particules visibles. Cette expérience peut-être également réalisée avec de l'eau salée pour séparer l'eau du sel. La décantation Matériel : bac avec eau sale, seringue+tuyau.

165 Il s'agit d'une autre manière de séparer une grande partie des saletés mélangées à l'eau. On placera la veille un bac au fond de la classe avec de l'eau très sale. On demande aux enfants d'observer ce qui s'est passé. Ils remarquent aussitôt qu'il y a plusieurs strates. Au fond, se trouvent en effet tous les déchets qui ont coulé (cailloux, sable ), au milieu l'eau est quasiment claire et en haut se trouvent les déchets qui flottent ( bois, herbe ). Les enfants imaginent alors comment récupérer l'eau claire et propose la plupart du temps la paille. On leur proposera, s'il ne le trouve pas eux-mêmes, par mesure d'hygiène la seringue et le tuyau. On expliquera également que la décantation se fait lentement. Les saletés présentes dans l'eau descendent tranquillement sous l'effet de leur masse et se retrouvent au fond du bac. La floculation Matériel : - petits récipient transparents, argile en poudre, sulfate d'alumine. Pour compléter l'expérience précédente, on proposera d'accélérer la décantation car il s'agit d'un phénomène lent. On leur proposera de réaliser le protocole expérimental suivant:

166 «Vous disposez de deux récipients transparents. Dans ces deux récipients vous allez placer une cuillère d'argile en poudre. Ensuite vous ajoutez de l'eau jusqu'au ¾. A présent remuez les deux mélanges. Ensuite, dans l'un des deux récipients, ajoutez quelques gouttes de sulfate d'alumine. Remuez de nouveau et laissez reposer quelques minutes. Observez.» Eau+argile Eau+argile+ sulfate d'alumine Dans le second récipient les petits éléments d'argile se sont agglomérés rapidement pour en former des plus gros, ainsi ils sont tombés plus rapidement au fond du bac. La décantation a été accélérée. Filtrer de plus en plus fin Il s'agira au cours de cette séquence de comprendre la notion de potabilité et de continuer le processus de nettoyage de l'eau déjà clarifiée. Objectifs : - Prendre conscience que la potabilité d une eau correspond à un certain nombre de critères. - Connaître les étapes du traitement de l'eau dans une usine de production d'eau potable. - Comprendre le phénomène de filtration à travers différents types de filtres. Matériels : - entonnoirs, pipettes, éprouvettes graduées, seringues, membranes de nano-filtration, charbon actif, sulfate d'alumine, colorant alimentaire, filtres à café, argile en poudre, sable, éponges, papier essuietout, parfum. Tout d'abord une phase orale est nécessaire afin de lister avec les enfants les différentes hypothèses permettant de rendre l'eau potable. Hypothèses émises : «filtrer plusieurs fois, mettre plusieurs filtres, ajouter des produits, ajouter de l'eau de Javel, faire bouillir l'eau.»

167 Filtration sur sable et charbon actif : Objectif : - Comprendre la notion de «filtrer fin» et 1e rôle du charbon actif. Matériel : - 4 flacons, sable, filtre à café, charbon actif, entonnoirs Il s'agit ici de partir de l'eau encore trouble obtenue lors de la 1 ère filtration pour améliorer le résultat. Les élèves vont séparer cette eau en 4 parties : - échantillon 1 : flacon témoin - échantillon 2 : Filtrer à l'aide d'un filtre à café - échantillon 3 : Filtrer sur sable - échantillon 4 : Filtrer sur charbon actif Les enfants constatent que la meilleure filtration est obtenue grâce au charbon actif même si le sable éclaircit nettement l'eau de départ. Pour comprendre le rôle du charbon actif, on va filtrer un échantillon d'eau colorée et odorante ( colorant alimentaire + parfum ). On peut alors observer que le charbon actif atténue nettement la couleur et l'odeur d'où son rôle dans les stations pour éliminer les matières organiques. Filtre en papier Sable Charbon actif

168 La nano-filtration Pour cette expérience les élèves utilisent des nano-filtres ( membrane percée de trous de l'ordre du nanomètre). Ils vont pouvoir observer que cette membrane arrête une grosse partie des impuretés contenues dans l'eau. Elle empêche également les particules de passer. De l'eau quasiment pure est donc obtenue en une seule manipulation. Cette eau est potable mais on se gardera de la goûter. Le maître pourra également donner oralement d'autres techniques permettant de nettoyer l'eau mais qui ne sont pas réalisables en expériences en classe : la chloration et l' ozonation. Station d'épuration et station de production d'eau potable Après avoir vu ces différentes expériences, on différenciera celles qui sont utilisées dans l'une ou l'autre des deux stations. Ceci pourra être établi par l'intermédiaire d'une visite ( station d'épuration ) et de recherches documentaires. La station d'épuration : - prétraitement : dégrillage, désablage, dégraissage. (1 et 2) - décantation et floculation ( clarification) ( 3et 4) - traitement des boues (5)

169 Lien avec animation flash pour la station d'épuration : La station de production d'eau potable - Préchloration - Floculation et décantation - Filtration - Charbon actif - Ozonation - Chloration

170 Pour compléter voici un schéma de circuit domestique de l'eau : La distribution de l'eau potable - Comprendre le principe des vases communicants. - Expliquer le fonctionnement du château d'eau. - Concevoir le cycle de l'eau domestique. Au cours de cette séance, les élèves vont découvrir plusieurs principes leur permettant de comprendre le fonctionnement du château d'eau. Les notions travaillées préalablement seront l'horizontalité du niveau de l'eau, les vases communicants et la gravité. Hypothèses : Les enfants ayant vu le nettoyage de l'eau dans la station de pompage, il s'agira pour eux d'imaginer le cheminement de l'eau jusqu'au robinet.

171 La notion de tuyaux enterrés est souvent connu, le problème se pose au niveau de la montée de l'eau dans les étages des immeubles. hypothèses possibles : pompe, château d'eau, station de pompage surélevée etc... Horizontalité du niveau de l'eau et vases communicants : HORIZONTALITE : Les élèves manipulent de l'eau placée dans différents récipients en regardant le niveau de l'eau lorsque ces récipients sont placés dans différentes positions. Ils constatent alors que le niveau de l'eau reste tout le temps parallèle à la table. VASES COMMUNICANTS : Deux entonnoirs sont reliés par un tuyau, 1'un des entonnoirs est surélevé afin de noter l'équilibrage des niveaux. LE CHATEAU D'EAU Une maquette peut être réalisée avec un château d'eau et un petit immeuble de 3 étages. Il s'agira de placer le château d'eau à une hauteur permettant d'alimenter les 3 étages. Les enfants comprennent alors que la position du réservoir conditionne l'alimentation en eau des 3 étages.

172 Une visite sur le terrain permettra de faire le lien avec les grands immeubles de la ville qui sont alimentés par un château d'eau placé en hauteur.

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