«Réalisation d un gyrophare»

Collège Jean ROSTAND (Lamotte Beuvron) Jean-Luc AUPET (Sciences Physiques) et Matthieu PASDELOUP (Technologie) «Réalisation d un gyrophare» I. Caractéristiques du projet Disciplines impliquées : Sciences physique et Technologie Niveau(x) de classe concerné(s) : 4 ème Moment de l année, place dans la progression annuelle ou dans la séquence : En technologie, les élèves doivent déjà avoir programmé un automate. En sciences physiques, cette activité est proposée après les séances sur «les lois du courant continu». Lien avec les programmes des disciplines impliquées : En technologie : Choisir et réaliser une solution technique Modifier la représentation du programme de commande d un système pour répondre à un besoin particulier et valider le résultat obtenu Préparer un protocole de test et/ou de contrôle en fonction des moyens disponibles. Effectuer un contrôle qualité de la réalisation pour chaque opération importante. Réaliser tout ou partie du prototype ou de la maquette d un objet technique. En sciences physiques : La tension électrique aux bornes d'un dipôle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation à ses bornes. Loi d additivité des tensions dans un circuit série. Pour fonctionner normalement une lampe, un moteur, doit avoir à ses bornes une tension proche de sa tension nominale. Une «résistance» satisfait à la loi d Ohm ; elle est caractérisée par une grandeur appelée résistance électrique

II. Objectifs au regard du socle commun Items Descripteurs Critères de réussite Calculer, utiliser une formule. Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes L élève utilise la loi d additivité et la loi d ohm. Il sait convertir ses données (ex : ma à A pour la loi d ohm) L élève arrive à trouver le bon résultat et la bonne unité. L élève choisit la bonne résistance parmi un stock de résistances de diverses valeurs. Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l aide d un langage adapté Les objets techniques : analyse, conception et réalisation ; fonctionnement et conditions d utilisation Utiliser un instrument (de construction, de mesure ou de calcul), une machine, un dispositif. Présenter, sous une forme appropriée, une démarche. L élève doit : savoir que la maîtrise progressive de la matière et de l énergie permet à l Homme d élaborer une extrême diversité d objets techniques, dont il convient de connaître : - les conditions d utilisation ; - l impact sur l environnement ; L élève sait utiliser correctement le multimètre (choisir le bon calibre, lire la valeur ) L élève sait utiliser correctement le fer à souder (poste de travail ergonomique, règles de sécurité respectées, composants correctement soudés ) L élève réalise un programme sur un ordinateur de manière à ce que le gyrophare qu il vient de fabriquer puisse clignoter. Il transfère le programme dans l automate. Il connecte son module à l automate. L élève présente sous la forme qu il veut mais appropriée (ex : enregistrement audio + schémas, texte avec des images incorporées ) la démarche qu il a suivie, ainsi que ses résultats (même si le travail n est pas abouti). L élève ordonne et structure sa présentation ; les étapes de la démarche sont dans le bon ordre. Les schémas, images, photos sont utilisés à bon escient et ils sont légendés. Les phrases sont construites. Le vocabulaire est adapté. Si l élève n a pas fini son travail, il devra indiquer les étapes qu il reste à faire. L élève doit définir les contrôles pour les opérations de fabrication. Exemple : - contrôle visuel de l emplacement, du positionnement (les composants sont en série), du sens des composants (la LED est dans le bon sens) - contrôle visuel pour le brasage des composants (toutes les pattes sont soudées, la soudure forme un cône)

- le fonctionnement et les conditions de sécurité ; être familiarisé avec les techniques courantes, le traitement électronique et numérique de l information et les processus automatisés, à la base du fonctionnement d objets de la vie courante - contrôle de continuité du courant électrique - L élève propose également un contrôle pour tester le fonctionnement de son module électronique (ex : on active une sortie sur l automate et on connecte notre module à cette sortie). L élève met en place ces contrôles Il teste son module à différentes étapes de la fabrication et il arrive à savoir s il y a une erreur ou si tout est correct. Etre autonome dans son travail En cas de dysfonctionnement, l élève est critique sur ses contrôles successifs et il est capable d indiquer à quel moment une erreur est survenue. L élève sait : - organiser son poste de travail ; - gérer le temps et l espace de réalisation d une activité ; - solliciter l aide de l enseignant au moment opportun. S intégrer et coopérer dans un projet collectif S impliquer dans la mise en œuvre du projet collectif. III. Descriptif du projet Objectif général : Par groupe de deux, les élèves vont devoir réaliser un module électronique, qui une fois connecté à la maquette et une fois programmé, devra clignoter. Modalité de mise en œuvre Technologie (30 minutes) A partir de la situation déclenchante «Notre maquette de porte de garage respecte-t-elle toutes les prescriptions quant à la sécurité?», de la maquette d une porte automatique de garage (maquette en accès libre ou éventuellement de l image et de la vidéo de la maquette en fonctionnement), ainsi que d un extrait du code de la construction et de l urbanisme, les élèves doivent donner leur avis. Il en ressort que la maquette n est pas aux normes. Il manque certains éléments dont notamment un gyrophare pour indiquer que la porte est en mouvement. Lors des séances de sciences physiques et de technologie, les élèves vont donc devoir réaliser un module électronique, qui une fois connecté à la maquette et une fois programmé, devra clignoter.

Ils commencent par réaliser un croquis, et une petite explication de ce qu ils envisagent de faire (la liste du matériel disponible leur étant distribuée). 1 Réalisez un croquis de ce que vous proposez. 2 Expliquez comment vous allez réaliser cela. 3 Expliquez quand et comment cela va fonctionner. Sciences physiques (2h00) A l aide du matériel disponible, d un document sur la LED et de leur cahier de sciences physiques, les élèves vont devoir représenter le circuit de leur gyrophare et calculer la valeur de la résistance. 1 Dessiner le circuit électrique du gyrophare. 2 Calculer la valeur de la résistance. 3 Choisir la résistance parmi les différents lots de résistances. Coups de pouce éventuels : - Questions intermédiaires o 1a Dessiner le schéma du circuit de votre gyrophare. o 1b Rechercher la tension aux bornes de l automate programmable o 1c Sur les documents, rechercher l intensité et la tension maximales acceptées par la résistance o 1d- Utiliser la loi d additivité pour chercher la tension aux bornes de la résistance o 2a- Utiliser la loi d ohm pour calculer la valeur de la résistance. o 3 A l aide du code couleur, choisissez votre résistance parmi les différents lots de résistances. - Vidéos pour connaitre la valeur de la tension délivrée par l automate programmable o Vidéo n 1 et Vidéo n 2 - Aide pour le code couleur : o http://www.electronique-radioamateur.fr/elec/composants/resistance-codecouleurs.php Technologie (2h00) Les élèves reviennent avec leur circuit dessiné, leurs composants dont notamment la résistance qu ils ont choisie. Libre à eux de choisir la méthode qu ils veulent pour réaliser leur circuit. Ils doivent proposer des contrôles lors de la fabrication 1 Réaliser le gyrophare et le faire clignoter (proposer deux contrôles lors de la fabrication) 2- Réaliser un compte rendu des travaux réalisés en sciences physiques et en technologie. Coups de pouce éventuels : - Guidance o 1a Choisir un support sur lequel seront soudés les composants. o 1b Positionner les composants de manière à reproduire la boucle et en faisant attention au sens de la LED. o 1c- Braser les composants à l aide d un fer à souder et d étain.

o 1d- Réaliser éventuellement des «pistes» pour faire passer le courant d un composant à un autre. o 1e- Faire un test pour vérifier que le gyrophare s allume. o 1f- Programmer un automate pour que le gyrophare clignote. (alternance d allumages et d extinctions de la LED) o 1g- Transférer le programme dans l automate. - Vidéo d aide au brasage o Vidéo n 3 - Vidéos d aide pour utiliser le logiciel de programmation o Vidéo n 4 et vidéo n 5 Ressources :

Matériel : Cette feuille est distribuée aux élèves. Ce matériel est en accès libre, à disposition des élèves.

IV Compte rendu d expérimentation L'activité a été proposée à l ensemble des classes de 4ème du collège. Les salles de technologie et de sciences physiques étant en face, les professeurs de technologie et de sciences physiques ayant des classes de 4 ème aux mêmes moments, les élèves pouvaient circuler librement d une classe à l autre. Certains ont passé plus de temps dans la salle de sciences physiques, d autres davantage en technologie. Les séances ont donc été très vivantes et agréables à observer, le professeur n étant là que pour d éventuels coups de pouce ou pour attester qu un élève a su mobiliser ou pas une compétence, un item, une attitude Dés le départ, les élèves ont compris ce qu on attendait d eux. Ils sont tous entrés dans l activité et avaient les grandes lignes en tête. Le fait qu ils allaient «fabriquer» quelque chose et que deux matières travaillent ensemble, a augmenté la motivation des élèves. Ils ont fait abstraction de leurs difficultés dans une des deux matières pour s impliquer pleinement dans le travail. Les élèves se sont globalement impliqués dans cette activité de fabrication. Le compte rendu a été plus disparate dans les productions, certains groupes plus rapides disposant de plus de temps que les autres. Le passage à l écrit à été plus délicat, il y a eu moins d investissement. Certains élèves ont produit des comptes rendus plus succincts, ne se souvenant pas toujours de toutes les étapes par lesquelles ils étaient passés, laissant place à quelques oublis. Le compte rendu n aurait pas du être réalisé à la fin du projet. Si c était à refaire, le compte rendu devrait être complété à chaque «avancée» dans le projet, en y intégrant des photos. Au final : Pour la moitié des groupes le travail a été mené avec une bonne autonomie. Ils se sont bien organisés, ont compris ce qu on attendait d eux. Leur investissement a été bon. Ils ont parfois fait appel à des coups de pouce, mais c était davantage par un manque de confiance. Pour l autre moitié des élèves, cela a été moins fluide. : Des élèves ont eu besoin d une guidance supplémentaire avec les étapes clés par lesquels ils devaient passer. Des élèves «très scolaires» ont eu besoin d être rassurés à différentes étapes. Des élèves ont eu besoin de plusieurs coups de pouce à divers moments de l activité dont notamment pour trouver la valeur maximale de la tension aux bornes de la LED et l intensité la traversant (dans les premiers documents qu on avait élaborés, il fallait trouver ces valeurs sur le document du fournisseur de la LED, on a replacé ces informations sur le document de la LED pour plus de visibilité) et pour savoir comment mesurer la tension aux bornes de l automate (Pour le gyrophare, le générateur n est pas une pile, mais un automate programmable qui délivrera par intermittence du courant électrique. Mesurer la tension de sortie a entraîné des difficultés. C est pour cela que deux vidéos «coups de pouces» ont été réalisées.) Certains élèves ont mis bizarrement du temps pour passer du circuit dessiné en sciences physiques à la réalisation en technologie. La notion de circuit avec les composants en série a posé des difficultés. Quelques élèves voulaient connecter la LED sans y ajouter une résistance. Pour ces élèves une intervention du professeur de sciences physiques a été nécessaire. Des difficultés pour trouver éventuellement la panne lors du brasage des composants (panne souvent causée par le fil (d un brin) qui créait un court-circuit et que les élèves ne remarquaient pas).

Seuls quelques élèves n ont pas réussi à arriver au terme de la fabrication du gyrophare. Surtout par manque d investissement et par des lacunes en sciences physiques. Le temps nécessaire pour mener à bien l activité a été très différent d un groupe à l autre (pouvant aller du simple au double). Mais le fait que certains élèves aient fini rapidement les gyrophares a aussi permis à des groupes plus en difficulté de retrouver un second souffle en se disant que c était possible. Exemple de compte rendu d un binôme d élèves Nous avons tout d'abord dénudé un câble JACK puis nous avons séparé les 3 fils contenus à l'intérieur de celui-ci. Nous avons ensuite mesuré la tension de sortie du boitier jaune. Ensuite nous avons dû trouver la tension au bornes de la DEL : c'était simple comme nous étions dans un circuit série, l'addition de toute les tensions doit donner la tension du générateur. Ensuite nous avons dû calculer la valeur de la résistance pour ça, nous avons utilisé la loi d'ohm. Mais avant on a converti les ma en A. R = U / I. R = 1,9 / 0,02 = 95 ohms. Puis nous avons choisi notre résistance parmi plusieurs mais on n'a pas trouvé les couleurs qu'il nous fallait alors on a pris la résistance qui avait la valeur la plus proche (100 ohms). On a testé en faisant un montage en associant la DEL, la résistance, deux fils et la pile. Ça fonctionnait bien. On a pris un circuit imprimé, puis on a soudé les éléments entre eux, avec du fil d'étain (la résistance avec la DEL, la DED avec le fil qui n'a pas de couleur, le fil blanc avec la résistance). On a testé notre gyrophare pour voir si avec les soudures il s'allumait toujours. Il ne s'est pas allumé quand on l'a connecté à l'automate programmable, un fil s'était dessoudé. On l'a ressoudé et tout a fonctionné. Voici les photos

Puis on a réalisé un programme sur le logiciel pour que le gyrophare s allume puis s éteigne, puis s allume puis s éteigne etc Puis on a transféré le programme dans le boitier jaune et on a branché notre gyrophare. IL CLIGNOTAIT!!