Les sources d énergie Comment utiliser une source d énergie naturelle pour concevoir des objets utiles à l homme.
Un scénario déclencheur Ibla, 2067... Les énergies fossiles sont presque épuisées. Les habitants utilisent pour vivre les énergies naturelles et inépuisables, l'eau, le vent, le soleil.
Les énergies renouvelables Place dans les programmes du cycle 3 : Éducation à l environnement : «[ ] elle développe une prise de conscience de la complexité de l environnement et de l action exercée par les hommes. Elle s appuie sur une compréhension scientifique pour des choix raisonnés.» Ces choix raisonnés s appliquent aussi aux sources d énergie utilisées. L énergie : - exemples simples de sources d énergie utilisables, - consommation et économie d énergie, - notions sur le chauffage solaire. Le monde construit par l homme : - circuits électriques alimentés par des piles (en prenant le mot «pile» au sens large), - objets mécaniques, transmission de mouvements.
Qu est-ce qu une énergie renouvelable? Qu est-ce que l énergie? C est la «capacité d un système à se transformer ou à provoquer des transformations. C est dans ces transformations que l on fait apparaître la notion d énergie. On définit l énergie à partir de ses effets : - mouvement (travail), - chaleur, - rayonnement (lumière notamment). L énergie permet d assurer les besoins vitaux de l homme : se nourrir, se chauffer, se déplacer, s éclairer, transformer les matériaux»1 1 Définition extraite de Sciences et techniques, tome 1, Astronomie et Energie de E. Bolmont et F. Colson, éditions MDI. Source d énergie. Il faut différencier la forme de l énergie de sa source. La source d énergie est ce qui permet de produire cette énergie (exemples : le soleil, le vent, le charbon ). Quand on parle d énergie renouvelable, en fait, on parle de «source d énergie renouvelable», c est une source qu on peut réutiliser ou reformer après son utilisation. Exemples : -soleil, -vent, -bois (mais le renouvellement est long) / biomasse, -eau -terre (géothermie).
Comment sont-elles utilisées Le soleil. - pour son rayonnement que l on capte afin de chauffer (chauffe-eau solaire, four solaire), - pour sa lumière que l on capte afin d obtenir de l électricité (panneaux solaires, cellules photovoltaïques). Le vent. - utilisé principalement pour produire de l électricité (éoliennes), ou du mouvement. L eau. - utilisé principalement pour produire de l électricité (barrages hydroélectriques), mais également du mouvement. Le bois / la biomasse. - production d électricité et de chaleur à partir du bois ou de déchets agricoles. La géothermie. - puits canadien : un tunnel est creusé dans le sol à une certaine profondeur et ayant une certaine longueur. L air extérieur passe dans ce tunnel qui reste à une température constante toute l année : il se réchauffe en hiver ou se refroidit en été. Puis, l air passe dans le bâtiment qu il réchauffe ou refroidit.
Du schéma à la maquette
Trouver le lien entre l objet et la source d énergie Il est difficile pour des enfants d envisager l étape intermédiaire, c est-à-dire concevoir le mécanisme simple qui va permettre d utiliser la source d énergie choisie et la transformer en mouvement, en chaleur, ou en lumière.
La démarche A partir du scénario de départ, les enfants ont avant tout, fait le tri entre les énergies fossiles et les énergies dites renouvelables. A l état naturel, le vent, l eau et le soleil sont des facteurs d érosion très importants, néanmoins en les apprivoisant l homme peut envisager l avenir en continuant à produire des biens de consommation sans laisser derrière lui la pollution à grande échelle que nous vivons depuis deux siècles et qui hypothèque fortement notre survie en tant qu espèce.
En classe Nous avons donc trier en deux fois les sources d énergie : - Dans un premier temps les énergies fossiles ou renouvelables - Dans un deuxième temps les différentes énergies renouvelables qui pourraient nous permettre de concevoir des objets réalisables sous forme de maquettes. Des familles d objets se sont constituées et des petits groupes d élèves ont choisi de travailler sur la conception d un objet fonctionnant avec le vent, l eau ou le soleil. Ils ont dessiné l objet tel qu ils le concevaient individuellement, puis ils ont choisi celui qui était le plus représentatif de leur choix. Ensuite chaque groupe a tenté de réaliser avec le matériel Celda, la maquette de l objet. La maquette réalisée, chaque groupe l a redessinée de façon schématique et vue sous trois angles différents.
Les étapes de fabrication Quelques notions d électricité Nous sommes revenus sur les principes essentiels à retenir. * L ampoule * La notion de circuit ouvert et de circuit fermé. * Le fonctionnement de l interrupteur. * Le montage en série * Le montage en parallèle * La fabrication de lumière, de chaleur et de mouvement. * La transposition avec le solaire. * La construction d un jeu d habileté
Du schéma au projet finalisé Pour les élèves, il est essentiel de faire comprendre leur projet à l adulte et de se projeter dans la fabrication avec des matériaux comme le bois, ce qui va engendrer bon nombre d opérations comme de coller, de scier, de fixer, etc
Apprendre à se servir des instruments de mesure Pied à coulisse, équerre chapeau, règle de menuisier sont autant d outils dont on comprend l importance dans les actions à réaliser pour que l objet fonctionne mais soit également esthétique.
Quelques étapes essentielles
Les phases de montage obligent à la coopération et au partage des tâches
L importance du schéma et de la régulation qu il nécessite
Avec le vent Meules à éoliennes Des chars à voile Des moulins à vent
Avec l eau Scie hydraulique Moulin à foulon Ascenseur Hydraulique Moulin à farine
Avec le soleil Téléski solaire Voiture solaire Trimaran solaire Chauffe-eau solaire
Grue solaire Hydroglisseur Voiture solaire avec engrenages
Les applications à travers les maquettes du CPIE Du moulin à la turbine Centrale solaire Éoliennes Les isolants
La maison Bioclimatique
Une réflexion sur l avenir et les inventions possibles