Formation : STL –SPCL - Systèmes et procédés
Mini-projets interdisciplinaires
Objectif pédagogique :
Concevoir et construire une activité de projet réunissant les compétences et les savoirs de sa spécialité,
Choisir des supports adaptés à la création de l'activité,
Faire acquérir aux élèves la démarche de projet intégrant plusieurs spécialités.
Contenu :
Réflexion sur la démarche de projet,
Présentation de la démarche créative dans la réalisation des projets,
Création de scénarios,
Recherche de choix de supports de projets,
Élaboration de projet sollicitant les compétences et savoirs associés.
Problématique : Les travaux menés sur les conséquences du réchauffement climatique à l’horizon 2030, 2050 ou 2100 mettent enfin en évidence les problèmes quantitatifs mais aussi de qualité qui pourraient se poser à notre pays si l’agriculture ne diminuait pas sa consommation d’eau. Comment mieux contrôler la consommation d’eau ?
« Adapter l'irrigation au changement climatique : L'irrigation à petite échelle et les autres formes de gestion de l'eau agricole sont essentielles pour renforcer la résilience à la variabilité climatique accrue » Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture
Contenus : Activité expérimentale
Partie A : Évaluation de l’incertitude selon la méthode GUM : les grandes étapes
Partie B : Mini projet : Simulation du radar de recul d’une voiture à l’aide d’ultrasons.
Modalités : Activités expérimentale avec
Acquisition des mesures et analyse des incertitudes de mesures ;
Initiation à l’utilisation de la carte programmable Arduino Uno ;
Réalisation d’activités vérifiant la célérité du son dans l’air ;
Bilan
Présentation
Initiation à Arduino UNO : la carte, le logiciel, la programmation, le mode de communication et son environnement
Présentation du coffret Arduino et de ses différents capteurs
Création d'un compte Tinkercad : https://www.tinkercad.com
Présentation des points du programme nécessitant l’utilisation de smicrocontrôleurs
Des exemples de projets avec des microcontrôleurs
Arrosage automatique avec un capteur d'humidité,
Mesures de distances avec des ultrasons
Mesurer la qualité de l'air (NOx, CO2, alcool, Benzène, NH3...)
Mesurer de température d’un milieu,
Mesurer l'humidité de l’air...
Mesurer l’effet de serre en fonction de l’humidité en utilisant un microcontrôleur Arduino et traitement des données récoltées dans un tableur ou un programme python.
Mise en situation : Une étude menée par des scientifiques de l’université de Miami montre que l’augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère est due au réchauffement climatique provoqué par les gaz à effet serre.
Problématique : La vapeur d'eau est-elle un gaz à effet de serre ?
Principe de l’expérience : Mesurer la variation de température jusqu’à l’équilibre thermique de deux enceintes avec des teneurs en vapeur d’eau différentes.
Contenus : Activité expérimentale à dominante physique :
L’étude des quatre thèmes se fait aussi à travers « des dispositifs expérimentaux et numériques (capteurs, instruments de mesure, microcontrôleurs, etc.) » « 3. Étudier la dynamique d’un système électrique.
La mise en oeuvre expérimentale de cette partie du programme est l’occasion d’utiliser des multimètres, des microcontrôleurs associés à des capteurs, des cartes d’acquisition, des oscilloscopes, etc. »
Modalités : Activités expérimentale avec
Initiation à l’utilisation de la carte programmable Arduino Uno ;
Initiation à la programmation Python avec EduPython ;
Réalisation d’un circuit RC plus le microcontrôleur ;
Acquisition des mesures et analyse des incertitudes de mesures ;
Problématique : Mesurer la pression absolue d’un fluide (l’air) à l’aide d’un dispositif utilisant un microcontrôleur (carte Arduino) et tester la loi de Mariotte.
Présentation du matériel
Caractéristiques du capteur de pression MPX5700AP
Le MPX5700AP est un capteur de pression piézo-résistif au silicium fournissant une tension de sortie linéaire très précise et directement proportionnelle à la pression appliqué qui règne dans la seringue. Ce capteur permet de mesurer une pression turbo jusqu'à 1,5 bar. Robuste et compact, c'est le capteur utilisé originellement par les systèmes de gestion moteur MegaSquirt. Parfaitement adapté au véhicules avec une forte pression turbo (ex : Renault 21 2.0 turbo), il possède les caractéristiques suivantes :
Problématique :
Utilisation d’un haut-parleur : produire la note La3
Nous allons produire la note La3 (440 Hz) grâce à un haut-parleur 8Ω 5W, connecté sur la broche 9.
La résistance de limitation de courant est de 220 Ω.
A vous de jouer !!!
Activité de groupe : Jouer « Au clair de la Lune … »
Pour ce programme vous pouvez utiliser la fonction notone() : libère la broche qui vient de jouer. Tant qu'elle n'est pas appelée, on ne peut pas jouer de note sur une autre broche. On choisira des durées de 400 ms pour les noires (silences …).
Problématique :
Il s’agit de mettre en œuvre et d’utiliser un capteur de température construit autour d’une thermistance à coefficient de température négatif ou CTN.
Principe : La résistance d’une CTN dépend de la température : elle diminue si sa température augmente et inversement. Si l’on connaît la fonction R = f(T) qui exprime la résistance de la CTN en fonction de sa température, on pourra par la suite connaître une température quelconque de la CTN par la mesure de sa résistance.
Problématique : utiliser un capteur de distance à ultrason de référence HC-SR04 avec une carte Arduino - Uno et tester la précision des mesures dans diverses situations.
Contexte : En robotique, nous avons un capteur de distance sur l'avant du robot pour éviter les obstacles.
Pour mesurer des distances, il faut un capteur de distance de type : infrarouge, laser, optiques, ou ultrason.
Les capteurs infrarouges sont bon marché, non-linéaires, sensibles à la lumière ambiante et à la réflexion lumineuse.
Les capteurs de distance laser sont précis, chers, mesures à plus de 30 mètres.
Les capteurs optiques sont bon marché, précis, limités en distance mesurable (imprimantes).
Un capteur de distance à ultrason est peu chers, peu précis.
Problématique : Dans un futur proche, la consommation d'eau devrait augmenter de 40% et la moitié de la planète manquera d'eau potable.
Aujourd'hui, pas moins de 900 millions d'individus n'ont pas d'accès à l'eau potable, 2,5 milliards ont peu d'accès à l'assainissement et 1,2 milliard n'ont aucun accès à l'assainissement.
Comment mesurer les minéraux, métaux, ions dissous dans l’eau ?
Problématique : L'air que nous respirons peut avoir des conséquences importantes. Asthme, maux de tête, pneumonies, maladies chroniques et maladies cardiovasculaires peuvent être liés à la pollution de l'air des villes dans lesquelles nous vivons. Mesurer le niveau de pollution présent dans l'air peut donc sauver des vies.
Comment mesurer la qualité de l’air ? Quelles espèces chimiques doit-on surveiller ?