Le four solaire

Le four solaire

 

Cuire ou chauffer des aliments sans électricité ? Impossible ? Nous, on peut te montrer comment faire ! Grâce au four solaire, on va pouvoir te montrer comment faire des pop-corns facilement !

Nous sommes Sarah, Robin et Maude et dans cet article, on va te parler de l’objet qu’on a fabriquĂ©, pourquoi on a choisi celui-ci, comment il fonctionne…

 

Tadaaa ! Voici Ă  quoi il ressemble ! On va d’abord t’expliquer comment on a fait pour le fabriquer, pour que toi aussi, si tu en as envie, tu puisses le reproduire, et après on verra comment il fonctionne au contact des rayons du soleil !

 

Tout d’abord, il faut savoir qu’on accorde une place importante Ă  l’Ă©cologie, et on soutient les alternatives aux objets traditionnels indispensables Ă  notre vie pour que notre impact sur la planète soit moins important.

Manger est indispensable pour vivre ; cuire des aliments, les rĂ©chauffer fait partie de notre quotidien. Le four solaire nous a donc intĂ©ressĂ© mais nous ne savions pas vraiment comment le fabriquer. Nous avons donc commencĂ© par faire des recherches documentaires sur internet et dans des livres. On a dĂ©couvert qu’il existait plusieurs maquettes de four solaires Ă  reproduire.

Matériel

On est partis sur quelque chose de simple mais efficace oĂą on comprend bien le fonctionnement de l’Ă©nergie solaire. Pour cela, on a utilisĂ© des matĂ©riaux de rĂ©cupĂ©ration ou ce qu’on avait dans nos placards : du carton, de l’aluminium, de la ficelle, une assiette de couleur foncĂ©e et une pochette plastique transparente.

Notre maquette se compose  d’une boîte en carton creuse, afin d’avoir un espace restreint où pourrait se concentrer la lumière, de quatre panneaux “solaires”, qui sont du carton entouré de papier aluminium et c’est tout ! On a simplement ajouté un système de fixation (de la ficelle sur chaque panneau à attacher les uns aux autres) pour que les panneaux tiennent seuls et qu’ils puissent rester inclinés selon la position du soleil (photo ci-dessous). On a ajouté, après ça, pour rendre le fond encore plus sombre une assiette noire et une pochette plastique sur le dessus. 

               

Mais avant de se lancer dans la construction, nous avons réalisé un plan (photo ci-dessous)

Le fonctionnement

Le fonctionnement est très simple. La principale condition pour permettre de faire chauffer quelque chose est d’avoir du soleil (pas tous les jours en Bretagne mais en ce moment, c’est très bien). Il faut placer ce four au soleil. Le soleil Ă©met des rayons lumineux et ces rayons vont venir en contact avec nos panneaux, qui ont une fonction miroir, ce qui va permettre de rĂ©flĂ©chir (c’est-Ă -dire de faire rebondir) les rayons en un point qu’on appelle point focal : la boĂ®te en carton avec l’assiette noire dedans. Une fois les rayons arrivĂ©s dans ce point focal sombre, ils vont se transformer en chaleur qui va rester grâce Ă  la pochette transparente qui va comme bloquer la chaleur dans cet endroit. Cette chaleur est assez importante pour permettre de faire chauffer voire cuire les aliments situĂ©s au milieu de la boĂ®te. Tu peux essayer en plaçant des choses Ă  faire chauffer au centre de l’assiette, comme du chocolat pour commencer, des pop corns ensuite si tu es gourmand !

 

Concepts scientifiques

Voici la liste des concepts scientifiques qui entrent en jeu pour notre objet technique :

  • transfert d’Ă©nergies : Un transfert d’Ă©nergie est le dĂ©placement de l’Ă©nergie d’un endroit Ă  un autre sans modification de la forme d’Ă©nergie concernĂ©e.
  • conversion d’énergies (transformation) : Changement d’une Ă©nergie en une autre.
  • chaĂ®ne d’énergie : ReprĂ©sentation de toutes les Ă©tapes caractĂ©risant le cheminement de l’énergie de la source Ă  l’utilisateur, en prĂ©cisant la nature de la source, les formes d’énergie, les modes de transfert, les transformateurs ou convertisseurs d’énergie.  La chaĂ®ne Ă©nergĂ©tique est donc l’ensemble des phases de transformation de l’énergie, de son Ă©tat initial Ă  son Ă©tat final.
  • Ă©nergies renouvelables : Energie qui se renouvelle assez rapidement pour ĂŞtre considĂ©rĂ©e comme inĂ©puisable Ă  l’échelle de temps humaine.
  • Ă©nergie solaire : Energie transmise par le soleil au moment de son rayonnement. Cette Ă©nergie permet de fabriquer de la chaleur grâce, ici, Ă  des panneaux solaires. C’est une Ă©nergie dite renouvelable car elle est inĂ©puisable.
  • Ă©nergie lumineuse : La lumière lumineuse est la lumière Ă©mise par une source de lumière primaire. On appelle ainsi les sources qui Ă©mettent leur propre lumière. C’est le cas par exemple du soleil ou du feu. Dans le cadre du four solaire, c’est la lumière du soleil qui est primaire et qui est donc Ă  la base de la chaleur fournie.
  • Ă©nergie thermique : Energie associĂ©e Ă  la chaleur. Cette Ă©nergie se retrouve ici suite Ă  la transformation de l’énergie lumineuse en Ă©nergie thermique grâce Ă  l’objet (casserole, poĂŞle, barquette d’aluminium) sur lequel convergent les rayons lumineux. Ce concept d’énergie thermique est facilement abordable avec des enfants de cycle 3 qui peuvent citer des sources de chaleur dans leur quotidien et se poser des questions sur comment produire de la chaleur. 
  • effet de serre : C’est un phĂ©nomène grâce auquel les rayons de chaleur sont enfermĂ©s dans un milieu. Il se produit lorsque les rayons ne peuvent en ressortir. Les rayons qui s’accumulent permettent de faire monter la tempĂ©rature du milieu. C’est ce phĂ©nomène que nous allons utiliser pour permettre, grâce aux rayons du soleil, de faire chauffer l’aliment que nous allons mettre dans le milieu prĂ©vu.
  • effet albĂ©do : Les surfaces de notre maquette absorbent une partie des rayons du soleil et rĂ©flĂ©chissent les autres. Les couleurs foncĂ©es absorbent plus les rayons du soleil que les couleurs claires, d’oĂą le choix de notre effet de serre, sombre. Cela permet d’emmagasiner plus de chaleur et l’on dit alors que leur surface a un albĂ©do faible (près de 0).
  • rĂ©flexion de la lumière et convergence des rayons : Le four solaire fait appel au principe de rĂ©flexion de la lumière et de convergence des rayons très intĂ©ressant Ă  Ă©tudier avec des enfants de cycle 3. La surface d’aluminium permet de faire converger les rayons en un point dit focal, lĂ  oĂą aura lieu la transformation de l’énergie. Le principe de convergence des rayons peut ĂŞtre Ă©tudiĂ© en classe grâce Ă  un prisme optique et une source de lumière. Les Ă©lèves pourront manipuler les composants de cette expĂ©rience et apprendre ce que sont la convergence ainsi que la divergence et pourront ainsi se servir des connaissances acquises dans la conception du four solaire.
  • conduction : Passage de la chaleur ou de l’Ă©lectricitĂ© d’un point Ă  un autre d’un corps sous l’action d’une diffĂ©rence de tempĂ©rature ou de potentiel Ă©lectrique.
  • convection : Transfert d’Ă©nergie thermique au sein d’un fluide en mouvement ou entre un fluide en mouvement et une paroi solide.
SĂ©quence
Le four solaire
Domaine disciplinaire : Sciences et Technologie

Champs disciplinaire : Matière, mouvement, énergie, information

Nombre de séances : 6 Classe : cycle 3
Objectifs (compétences de cycle) : 

  • Identifier des formes d’énergie et des ressources en Ă©nergie.
  • ReconnaĂ®tre les situations oĂą l’énergie est stockĂ©e, transformĂ©e, utilisĂ©e.
  • Identifier quelques-uns des besoins en Ă©nergie de l’être humain pour le fonctionnement du corps et pour la vie quotidienne (se chauffer, se dĂ©placer, s’éclairer…)
  • Identifier quelques Ă©lĂ©ments d’une chaĂ®ne d’énergie domestique simple.
Compétences du socle commun :

  • Pratiquer des dĂ©marches scientifiques et technologiques (Domaine 4)
  • Concevoir, crĂ©er, rĂ©aliser (Domaine 4 et 5)
  • S’approprier des outils et des mĂ©thodes (Domaine 2)
  • Pratiquer des langages (Domaine 1)
  • Adopter un comportement Ă©thique et responsable (Domaine 3 et 5)
SÉANCE 1 : Les énergies renouvelables
Objectifs :  –  Savoir ce qu’est une Ă©nergie renouvelable, et la dĂ©finir

  • ConnaĂ®tre diffĂ©rentes formes d’énergies

Durée : 40 minutes.

Notions développées : énergie renouvelable, énergie solaire, thermique, hydraulique, électrique, éolienne, etc.

Déroulement : 

  • En groupe classe, recueil de reprĂ©sentations initiales Ă  propos “d’énergies renouvelables” : Qu’est ce que ça Ă©voque aux Ă©lèves, oĂą est ce qu’ils ont entendu parler de ça, Ă  quels domaines cela fait rĂ©fĂ©rence etc. 

Faire prendre conscience aux élèves que l’être humain a besoin d’énergie pour vivre, se chauffer, se déplacer, s’éclairer à partir de leurs quotidiens : “De quels types d’énergie avez-vous besoin au cours d’une journée et pourquoi ?”. Les amener à prononcer “énergie solaire” à la fin de ce temps d’échange. En conclure que l’énergie solaire est une énergie renouvelable.

Support : Images illustrant les différentes énergies renouvelables (vent, soleil, eau…) et demander aux élèves comment ces éléments pourraient être exploités pour produire de l’énergie. Diffusion d’une vidéo présentant les énergies renouvelables puis recueil des impressions de la classe.

SÉANCE 2 : Effet de serre et effet albédo
Objectifs :            –     Comprendre comment le soleil rĂ©chauffe-t-il la terre.

  • ConnaĂ®tre l’effet de serre et l’effet albĂ©do

Notions développées : effet de serre, effet albédo, énergie lumineuse

 

DurĂ©e :  50 min – 1h

Déroulement : En groupe classe, mener quelques expériences permettant de comprendre l’effet de serre et l’effet albédo.
Dans l’idéal un jour de soleil, proposer aux élèves d’installer une bâche dans la cour en plein soleil. En restant sous la bâche, les élèves commenceront à ressentir l’effet de serre et pourront noter la température minute par minute entre l’extérieur et l’intérieur de la bâche.
Pour comprendre l’effet albédo, il pourrait être intéressant de donner aux élèves un ou deux thermomètres laser et  marcher dans la rue tout en prenant la température de différents matériaux, d’un façade blanche, du goudron noir, de la taule d’une voiture, d’un arbre… Cela permettrait de comprendre comment le soleil réchauffe la Terre et quels sont les matériaux les plus susceptibles de chauffer. 

De retour en classe, les élèves pourront verbaliser leurs observations, mettre les notes en commun et il serait pertinent de valider ou non leurs hypothèses et observations à l’aide d’une vidéo parlant de l’effet de serre et de l’effet albédo.
Supports : Matériel pour expériences, vidéo

SÉANCE 3 : Objets techniques et exploitation de l’énergie
Objectifs :            –    comprendre le principe de conversion d’énergie

  • identifier quelques Ă©lĂ©ments d’une chaĂ®ne d’énergie simple

Durée : 45 minutes

Notions développées : conduction thermique, conversion d’énergie, chaîne d’énergie, réflexion de la lumière et convergence des rayons

Déroulement : En groupe classe, parler des différents objets techniques et moyens utilisés pour exploiter l’énergie.
Par petits groupes, les élèves s’interrogent sur un objet permettant d’exploiter l’énergie solaire à partir d’un problème : Cuire une poignée de grain de maïs afin d’en faire du pop corn sans utiliser d’électricité, seulement à l’aide du soleil.
Après la mise en commun, on regroupe les idées qui reviennent pour constater les différentes représentations des élèves et on essaie de les lier au projet de construction du four solaire en expliquant le projet de construire un objet permettant d’exploiter l’énergie solaire pour la transformer en énergie thermique et donc répondre au problème posé avec une solution. 

SÉANCE 4 : Le four solaire
Objectifs :            –    comprendre le fonctionnement d’un objet technique et ses principaux Ă©lĂ©ments : le four solaire

  • concevoir un four solaire

 Durée : 50 minutes 

Déroulement : Présentation du four solaire, son histoire, son fonctionnement, les éléments qui le composent. 

Supports : Images de différents modèles de four solaire, présentation du four d’Odeillo et vidéo de fours solaires en action.
La sĂ©ance se centre ensuite sur le projet de four solaire, ses usages, la liste de matĂ©riaux etc…
Constitution des groupes et présentation de la liste de matériel mis à disposition.
Validation du protocole de fabrication de chaque groupe par l’enseignant avant le début de la construction.

SÉANCE 5 : Construction du four solaire (suite et fin)
Objectif :        concevoir un objet technique : le four solaire

Durée : entre 30 minutes et 1 heure selon l’avancée et les besoins des élèves

Déroulement : Suite de la construction des fours solaires par groupes selon le protocole de fabrication établi par chaque groupe de la séance précédente (cf séance 4).

SÉANCE 6 : Evaluation
Objectif : évaluer la compréhensions des notions développées lors de cette séquence

Durée : 30 minutes

Déroulement : Elle consistera à montrer certaines images et à attendre des élèves certaines explications selon leur travail de fabrication de leur four solaire et des notions vues ensemble tout au long de la séquence (matériaux essentiels du four pour remplir sa fonction première, questions sur les notions de serre, albédo, chaîne d’énergie, conversion, etc.)

Trucs et astuces !
  • Tu peux mĂŞme reproduire ça chez toi pour impressionner tes parents !
  • Le four tout : le four pourra ĂŞtre recyclĂ© par la suite, il suffira d’enlever l’aluminium des panneaux (ou le laisser pour un cĂ´tĂ© disco) et nous aurons une boĂ®te très pratique pour ranger du matĂ©riel dans la classe.
  • Un conseil d’utilisation : ne pas s’en servir sous la pluie ni de nuit.

Sarah Bellanger, Robin Ollivier et Maude Saint-Martin.

Ex M1

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