Les énergies

Dossier « Faire des sciences » : création d’une maquette d’éolienne

 

1- Les énergies

Les énergies renouvelables : des sources d’énergie qui utilisent des ressources naturelles considérées comme inépuisables

 

2-Création d’une maquette d’éolienne

Nous avons créé une maquette d’éolienne de manière à illustrer ces notions d’énergies renouvelables. Cette maquette est constituée exclusivement de matériaux issus de récupération (bois, plastique, dynamo récupérée d’un vélo, poulies, etc…). L’objectif serait d’intégrer cet objet comme support dans une séquence de cours sur les énergies de manière à ce que les élèves manipulent pour mieux comprendre le principe d’une éolienne. Dans ce but, lorsqu’un élève tournera les pâles, une petite ampoule s’allumera en mettant en évidence la production d’électricité par la dynamo en rotation. Nous allons tout d’abord voir les étapes de construction de cette maquette.

Grâce à la combinaison poulies-courroie, l’énergie mécanique créée  par le mouvement des pâles (mouvement de rotation) est transmise au « bloc dynamo » situé au pied du mat de l’éolienne. Les objets récupérés faisant office de poulies n’ont pas le même diamètre, pourquoi ce choix? Cette différence au niveau du diamètre est importante pour permettre à notre maquette de produire de l’énergie. En effet, lorsque la  grande poulie effectue une rotation d’un tour complet, la petite (dynamo) tourne un plus grand nombre de fois.

Pour ce qui est des pâles : plusieurs solutions ont été envisagées, nous les avons répertoriées dans le tableau ci-dessous. Il était nécessaire de respecter certains paramètres comme la prise au vent, la légèreté et la solidité de l’ensemble.

3- Concepts scientifiques

La production d’énergie électrique obtenue par transformation d’une énergie mécanique.

L’alternateur joue un rôle primordial dans le bon fonctionnement de l’objet. On peut retrouver des alternateurs dans les barrages, les éoliennes, les hydroliennes ou encore plus communément dans les voitures. Dans les voitures, il est indispensable pour permettre à la batterie d’enclencher le démarrage du véhicule : lorsque la voiture roule, l’alternateur fabrique de l’électricité grâce à sa bobine et recharge simultanément la batterie. Dans les éoliennes le vent fait tourner l’alternateur qui transforme l’énergie mécanique en énergie électrique.

Dans une éolienne, le courant est produit par la rotation d’un alternateur. Dans l’alternateur. Une bobine de matériau conducteur (généralement du cuivre) entre alors en rotation avec un champ électromagnétique (aimant) cela génère un mouvement d’électrons produisant de l’électricité.

Chaque matière est composée d’un grand nombre d’atomes.

Dans un atome on trouve un noyau et des électrons qui évoluent autour de ce noyau. L’électricité s’obtiendrait donc en déplaçant des électrons et suivant la matière, les électrons évoluent différemment : Il s’agit de particules chargées qui pour certains métaux, dits conducteurs (ceux qui transportent bien le courant électrique), peuvent quitter leur noyau très facilement, pour voyager d’atome en atome. C’est ce voyage qui crée le courant électrique. Enfin pour passer de la dynamo à l’ampoule le courant passe par des fils électriques. Un fil est relié à la charge positive de la dynamo et l’autre est relié à la masse de celle-ci.

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4- Utilisation de la maquette en classe

-On commence à aborder indirectement la notion d’énergie au cycle 2 en étudiant les
objets techniques (dont certains fonctionnent à partir d’énergie) puis l’électricité (comment définir le courant électrique et comment se compose un circuit électrique). Au cycle 3, on aborde plus directement cette notion d’énergie en identifiant les formes d’énergie, les méthodes de production, en les classant le tout en commençant à se construire une démarche « responsable ». Nous avons imaginé une séquence destinée à des élèves de cycle 3 (en classe de CM2).

« Comment cet objet technique fonctionne-t-il ? », « Comment arrive-t-on à produire de l’énergie par la seule force du vent ? », « Existe-t-il des modes de production d’énergie similaires ? »

Au cours de cette séquence, l’idée est d’amener les élèves à réfléchir sur les différents modes de production d’énergie pour faire un lien avec le fonctionnement d’appareils dans leur vie de tous les jours. Ainsi, il sera ensuite pertinent d’aborder la question délicate de l’impact que la production d’énergie peut avoir sur l’environnement et comment y remédier. C’est là qu’entrera en jeu la maquette d’éolienne pour l’étude de cas précis de moyens de production d’énergie plus « propres » et respectueux pour l’environnement. On pourra alors se poser les questions suivantes : « Comment cet objet technique fonctionne-t-il ? », « Comment arrive-t-on à produire de l’énergie par la seule force du vent ? », « Existe-t-il des modes de production d’énergie similaires ? »

(cliquez sur l’image pour accéder à la fiche séquence complète)

5- Réalisation d’une vidéo de présentation

tania.auges

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