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1 Yannick MOREL, Philippe FEESER, Eliott FRANCOIS, Antoine GUILLEN et Marina KACZOROWSKI 1ere S5 Travaux Personnels Encadrés Les TPE sont une occasion de développer des capacités d'autonomie et d'initiative dans la conduite de notre travail en vue d'aboutir à une réalisation concrète. Tout cela sur un sujet que l’on devait choisir en groupe et dont on devait délimiter les contours en accord avec nos professeurs. Au cours des différentes étapes de la recherche et de la production du TPE, les enseignants nous ont suivi, et ont vérifié la pertinence de nos informations, de nos calculs et aidé lors de nos expériences. Ils nous ont également apporté les compétences qu’il nous manquait. Matières étudiées : Physique, Chimie et Sciences de l’Ingénieur. Professeurs encadrant : Mme RIGARD professeur de Physique Chimie, M. DUGAS VIALLIS et M. CHASTEL professeurs de SI. Thèmes : Environnement et progrès. Sujet : Ecologie et stand de Course en Cours. Problématiques trouvées : Comment alimenter un stand en électricité de manière écologique ? Comment adapter notre système à un circuit ? Année 2009-2010 au Lycée l’Oiselet de Bourgoin-Jallieu.

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Page 1: Travaux Personnels Encadrésssi.oiselet.free.fr/GWR/Dossier TPE.pdfTravaux Personnels Encadrés Les TPE sont une occasion de développer des capacités d'autonomie et d'initiative

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Yannick MOREL, Philippe FEESER, Eliott FRANCOIS, Antoine GUILLEN et Marina KACZOROWSKI 1ere S5

Travaux Personnels Encadrés

Les TPE sont une occasion de développer des capacités d'autonomie et

d'initiative dans la conduite de notre travail en vue d'aboutir à une réalisation concrète.

Tout cela sur un sujet que l’on devait choisir en groupe et dont on devait délimiter les contours en accord avec nos professeurs.

Au cours des différentes étapes de la recherche et de la production du TPE, les enseignants nous ont suivi, et ont vérifié la pertinence de nos informations, de nos calculs et aidé lors de nos expériences. Ils nous ont également apporté les compétences qu’il nous manquait.

Matières étudiées : Physique, Chimie et Sciences de l’Ingénieur. Professeurs encadrant : Mme RIGARD professeur de Physique Chimie, M. DUGAS VIALLIS et M. CHASTEL professeurs de SI. Thèmes : Environnement et progrès. Sujet : Ecologie et stand de Course en Cours. Problématiques trouvées :

Comment alimenter un stand en électricité de manière écologique ?

Comment adapter notre système à un circuit ?

Année 2009-2010 au Lycée l’Oiselet de Bourgoin-Jallieu.

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SOMMAIRE

Introduction………….………………………3 I) Le fonctionnement du stand 1. Premières approches……................4 2. Mesures et calculs………………….....6 3. Adaptation dans un circuit…..………9 II) Le design et la construction du stand 1. Représentation du stand………..….13 2. Choix matériaux………..……….……14 3. Construction…………………………...15 III) Conclusion 1. Bilan TPE…………………………........16 2. Bilan équipe……………………………16 3. Remerciements .…………………..…16 IV) Bibliographie……………………..…..17 Annexe……………………………………..18

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Introduction.

Etant en première S SI, notre TPE devait porter sur les sciences physiques et la chimie ainsi que sur les sciences de l’ingénieur. L’écologie étant une notion de plus en plus présente dans la vie de tous les jours ainsi que dans l’industrie, toute l’équipe a été d’accord pour partir sur ce thème. Nous avons donc réfléchi à comment relier ce thème à notre niveau. Notre projet d’SI « Course en Cours » est un projet très important, nous sommes partis dans l’optique de relier notre TPE à ce projet. La fabrication d’un stand est l’une des étapes où nous avions le plus de libertés et de possibilités.

Nous avons réfléchi sur différentes manières possibles de produire de l’électricité de manière écologique. Nous avons éliminé l’énergie solaire, éolienne ainsi qu’hydraulique puisque notre stand est en intérieur. La dynamo nous a paru la meilleure solution. Nous avons donc pensé à une première ébauche de notre stand avec un vélo d’appartement comme générateur.

Dès le début du projet toute l’équipe était motivée, en imaginant déjà le résultat final. Notre but durant nos séances était la réalisation de notre système ; pour que toutes nos recherches et nos calculs parfois un peu abstraits deviennent de plus en plus concrets.

Pour commencer, les premières séances étaient destinées à

une première approche du sujet. Ensuite, grâce à différentes expériences, recherches et différents calculs, nous avons eu de bonnes bases nous permettant de commencer la construction de notre projet. Tout au long de ce dernier, chacun avait une tâche bien définie pour pouvoir avancer de manière efficace.

Les problématiques retenues furent :

Comment alimenter un stand en électricité de manière écologique ?

Comment adapter notre système à un circuit ?

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I) Le fonctionnement du stand

1. Premières approches. a. Choix de la dynamo.

Après avoir trouvé notre thème reliant l’écologie et Course en Cours, et après nous être mis d’accord sur l’idée du stand indépendant, nous avons commencé par chercher différentes idées. Nous avons mis de coté les énergies solaires, les énergies hydrauliques et éoliennes ainsi que toute production trop volumineuse. L’idée du vélo nous est venue naturellement et a été la plus appropriée. Nous étions tous motivés par cette idée mais les professeurs nous ont averti que ce ne serait peut-être pas possible à réaliser.

b. Partage des tâches.

Nous avons partagé notre groupe en 2 pour pouvoir avancer parallèlement dans les deux problématiques. A chaque séance nous avancions par petites questions pour ne pas s’éparpiller dans notre projet.

c. Approches du problème.

1er point à définir : Qu’est-ce qu’une dynamo ?

Nous avons fait différentes expériences, différents montages et démontages au cours de notre TPE.

Un premier groupe a travaillé sur le fonctionnement de la dynamo. 1. EXP 1 :

Nous avons démonté une lampe à dynamo : ce qui nous a permis de voir comment était conçu ce système : avec une bobine de cuivre et des aimants en rotation autour de cette dernière. Une dynamo : Abréviation de machine dynamoélectrique, dynamo désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique.

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2ième point : Comment sera notre stand ?

Alors que l’autre partie du groupe a commencé à visualiser le stand, avec tous les objets que nous voulions alimenter : un ordinateur, un écran supplémentaire, des DEL et d’autres lampes. Nous avons également commencé à réfléchir au décor du stand.

Dans le but de notre projet, nous avons fait une comparaison entre

différents éléments pour voir lesquels avaient une consommation d’énergie plus faible, car notre production ne permettrait pas une production d’énergie très importante.

Pour l’éclairage nous devions définir exactement ce dont nous avions

besoin. Ce qui est assez dur car nous n’avions pas une idée fixe de nos besoins. L’aménagement du stand nous a valu une étude assez longue. (En faisant attention de respecter nos thèmes écologie)

Comment allons-nous utiliser l’éclairage et comment utiliser le peu d’espace

disponible ?

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2. Mesures et calculs.

Nous avons fait le bilan de consommation de notre stand : Nous avons cherché la consommation d’un ordinateur portable, d’un ordinateur de bureau et de l’éclairage. (halogène, DEL, lampes fluo compactes)

Calcul de la consommation totale nécessaire.

Est-ce possible techniquement ?

Nous avons également regardé la luminosité de différentes lampes. Les DEL éclairent chacune une plus petite surface donc on les utilisera pour mettre en valeur les maquettes. En comparant les différentes puissances et les utilisations que chaque éclairage nous avons choisi d’utiliser les DEL pour mettre en valeur nos maquettes de voitures car elles fournissent une lumière faible mais consomment peu. Ensuite nous avons choisi des lampes fluo compacts pour un éclairage d’ensemble.

STAND A ALIMENTER

PC portable

(derrière le stand) Ou PC de bureau

Ecran

(visible par tous)

Eclairage

Caractéristiques :

- Puissance nécessaire - Tension(s) utilisable(s)

- Intensité nécessaire - Courant AC ou DC

Caractéristiques :

- Puissance nécessaire - Tension(s) utilisable(s)

- Intensité nécessaire - Courant AC ou DC

Matériaux possibles :

- LED - Ampoules

- Tubes fluorescents (néons)

Caractéristiques :

- Puissance - Tension - Intensité

- Eclairement

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Halogène basse tension

P

20

35

50

U

12

I

1.67

2.92

4.17

LED

P 0.24 0.1

U

12

I

0.02

0.008

Fluo compact

P

7

20

U

230

I

0.05

0.15

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Pour le reste, nous avons comparé un ordinateur de bureau avec un ordinateur portable. L’utilisation d’un écran supplémentaire est purement « commerciale » pour mettre en valeur notre stand. Le but du stand étant de montrer aux autres notre travail. Pour l’ordinateur, l’écran nous avons fait des mesures directement grâce à un oscillomètre.

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

U Volts

P Volts

I Volts

Écran

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

U(V)

I (A)

P (W)

Pc tour

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

U(V)

P(W)

I(A)

Pc portable

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Nous avons mesuré la puissance moyenne : Ecran : 25 W

PC portable : 800 W Pc tour : 1200 W

Notre choix s’est porté sur le portable, plus pratique à emporter et moins consommateur d’énergie.

3. Adaptation du projet dans un circuit

Comment utiliser la dynamo ?

Suite à notre EXP1, nous sommes allés en laboratoire pour voir la tension nécessaire d’une dynamo en fonction du tour de bobine. Grâce à ce montage, nous avons fait un schéma et étudié comment pouvoir adapter ce montage à notre circuit aux différents éléments.

Nous nous sommes rendus compte que notre travail des deux groupes en parallèle s’est avéré payant puisque l’un avait besoin des calculs de l’autre et l’autre avait besoin des données trouvées.

Nous avons tous recherché des chiffres précis sur l'énergie développée par la dynamo, recherché la vitesse nécessaire au développement de cette énergie.

Pour avoir des chiffres concrets, nous avons fait les mêmes calculs sur un vélo.

Ces données nous ont permis de partir et d’avoir un point de départ

stable. Après plusieurs recherches sur Internet, nous sommes tombés sur

différentes expériences que d’autres personnes avaient déjà faite. Ils utilisent leur vélo pour mettre en route leur éclairage de vélo. Ils nous ont permis, grâce à leurs résultats, de nous faire une idée de la production de la dynamo.

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1er schéma récapitulatif de tout le système

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Quelle dynamo choisir ?

Calculs pour le couple et le nombre de tours nécessaires.

Expériences vélo en physique.

Nous avons également fait des mesures sur un vélo d’appartement pour voir l’énergie dépensée à différentes vitesses. Le but étant de savoir si nous allions être capable de produire assez d’énergie en pédalant à un rythme convenable pendant 6 heures. Comme dynamo, nous sommes partis sur un motoréducteur, le nombre de tour étant l’une des caractéristiques, nous devions également les trouver. Nous devions convertir les calories en joule puis en Watt

Vitesse. (en km/h)

Calories dépensées.

(en une heure)

Nombres de tours de pédales.

(en minute)

Watt

15 540 60 628 20 600 65 677 25 660 75 767 30 720 80 837

Trouver l’intensité du circuit ?

Schéma circuit fini ce qui nous a permis de trouver l’intensité

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Conclusion : Il a fallu qu’on trouve un adaptateur pour l’ordinateur, ainsi qu’une batterie. Nous pourrons recharger la batterie au préalable avec notre système car nous allons plus consommer que produire, donc avoir une avance d’électricité ne sera pas du luxe !

Schéma du circuit fini prenant en compte toutes les caractéristiques nécessaires à sa réalisation :

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II) Le design et la construction du stand.

1. Représentation du stand

Comment bien occuper l’espace ?

Notre système pour produire de l’électricité n’est pas le but du stand. Nous devons donc intégrer ce projet le mieux possible dans un espace très limité : 3.75 m².

Le choix du décor a été conçu pour mettre en valeur les maquettes de

voiture et en même temps pour rappeler nos thèmes écologie et nature. Nous avons également réfléchi à un moyen de pédaler sur le vélo sur

place. Nous avons décidé de faire un box où fixer notre vélo.

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2. Choix des matériaux

Quels matériaux peut-on choisir ?

Pour le choix des matériaux nous avions beaucoup de contraintes. Par rapport au prix éco design nous devions faire des recherches pour utiliser des matériaux qui ont un impact sur l’environnement le plus faible possible. C’est pour cela que le vélo a été récupéré chez l’un de nos membres du groupe. Le décor du stand a été conçu avec du bois récupéré et du papier recyclé. La peinture du stand est faite par nos soins, grâce à une recette de peinture au lait. La colle servant à fixer la papier mâché sur le grillage (lui aussi récupéré) n’étant pas écologique de base, a également été fabriquée de nous-même, à l’aide de farine et d’eau.

Tout ce qui concerne le circuit électrique a été emprunté au lycée ; les DEL, les fils, le motoréducteur et les résistances.

Pour le reste nous avons utilisé la partie « Sponsors » de Course en Cours. La batterie est une ancienne batterie de voiture que RENAULT, l’un de nos sponsors, nous a donné.

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3. Construction

Cette étape a été la plus délicate. Nous n’avions pas toujours le bon matériel, ni les capacités pour faire ce que l’on voulait. Nous étions d’abord partis sur le fait de fixer notre dynamo sur l’axe de la roue arrière. Mais après avoir refait nos calculs, nous avons décidé de fixer notre système au niveau de la roue et de changer de façon pour faire tourner notre motoréducteur. Nous nous sommes rendus compte après avoir repris un système qui existait déjà. Mais cela nous permettait d’avoir plus de nombre de tours donc plus de puissance. Nous allons pouvoir vous présenter notre système qui éclaire les DEL.

Photo de la dynamo fixée Notre dynamo est entraînée par la roue et non plus par l’axe du début, pour cela, il a fallu orner la tige du motoréducteur d’une pièce métallique circulaire plus grande, l’adhérence au pneu étant assurée par une courroie en caoutchouc.

Choix 1

Choix 2

Choix 1

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III. Conclusion

1. Bilan TPE Ce projet nous a beaucoup apporté au niveau connaissances et organisation de notre temps de travail. Les séances de travail et de recherches passent très vite et nous avons rapidement était rattrapé par le temps. Nous avions porté beaucoup d’importance à la réalisation finale. Mais la phase qui nous a apporté le plus de difficultés a justement été la construction du stand et de notre système à dynamo. Nous n’avons pas eu le temps de réaliser l’ensemble du système avec la dynamo. Nous pouvons cependant présenter l’éclairage des DEL. Aussi, en faisant ce document écrit, nous nous sommes rendus compte que toute notre partie analyse a été importante. Cela nous a satisfait sur notre travail fourni car nous avions parfois l’impression de ne pas avancer.

2. Bilan Groupe Toute l’équipe a choisi le thème à l’unanimité. Nous étions une équipe motivée dés le début. Nous avons pu nous rendre compte que le travail de groupe est difficile. Nous étions un groupe important. Mettre cinq personnes d’accord n’est pas une tâche facile. Nous n’avons parfois pas partagé les mêmes notions d’importance lors de notre projet. Certains étaient plus concentrés sur Course en Cours que sur nos TPE. Nous avons perdu du temps lors des séances de recherches. Cependant, notre équipe était soudée et nous avons toujours trouvé des solutions et réussi à nous remotiver. Le seul temps où nous pouvions faire la construction était pendant les vacances, tout le groupe n’a pas pu être présent.

3. Remercîments Remerciement : Laurent MOREL, Gaddiel M’BUMBA, Christophe et Claude RENARD pour leur aide pour la construction. M. Chastel et M. Dugas Viallis pour leurs connaissances apportées. L’intégralité de ce dossier de TPE a été imprimée sur du papier 100% recyclé avec une police de texte écologique car utilisant moins d’encre.

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IV. Bibliographie

pagesperso-

orange.fr/ppdominique/text/elect_alternatif.html http://www.cyberbricoleur.com/index.php?showtopic=

1600005152

*1. http://pourlaterre.free.fr/plein_la_vue.html : Jeune

homme qui a fait son propre système de dynamo pour l’éclairage de son vélo.

http://forum.hardware.fr/: forum sur lequel nous avons

pu trouver des idées.

http://www.alpesmotorisations.com/produits.php?categ

orie=1: choix motoréducteur Professeurs : M.DUGARS VIALLIS ET M.CHASTEL

Dynamo du labo de Physique.