Equipe de GRENOBLE :ETUDE DE CAS ENERGIE DANS LE

DEPLACEMENT AUTOMOBILE

Dans le cadre de la pénurie future de pétrole, du développement durable, de la recherche du « Zéro Emission », de centre ville interdit aux véhicules les plus polluants…

COMMENT LES DIFFERENTS TYPES D’ENERGIES PERMETTENT DE DEPLACER UNE VOITURE?

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1/Situation déclenchante, problématique (2h)

COMPARER LES FONCTIONS : STOCKER, VARIER, RESTITUER

Cette étude de cas a pour objectif d’explorer les modes de motorisation actuels, les avantages et inconvénients de chacun, pour justifier les enjeux de la recherche d’aujourd’hui.

-articles pour agrémenter problématique (« la voiture se met à l’électrique »; « Le moteur thermique n’a pas dit son dernier mot »; « l’hybride se rend plus accessible… »; « la lutte contre le silence » Le monde du 29/09/2010)-Brainstorming pour inventaire des types d’énergie utilisées existantes, en profiter pour clarifier les termes source, forme et vecteur d’énergie-Une accentuation peut être introduite sur le développement durable sous forme de débat

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2/Appropriation

Lors de la construction d’une carte mentale sur les énergie dans le déplacement automobile, l’enseignant pourra vérifier que l'appropriation de la question est bonne en repérant si, dans les propos ou les écrits des élèves, il y a les mots clés et les justifications qui les accompagnent.

Chaque groupe dresse un état des lieux, recherche le principe de fonctionnement général :

• du moteur 4 temps essence• du moteur diesel• du moteur électrique avec batterie (accent mis sur le moteur)• du moteur électrique avec pile à combustible (accent mis sur la pile à combustible)• d’un véhicule hybride

Mettre en évidence les différentes fonctions, les différents problèmes ou contraintes (la variation, le stockage, la restitution (les différentes pertes)).

Cette recherche permet de clarifier les idées sur chacun de ces types ( ex: la pile à combustible n’est pas le moteur du véhicule, ou encore il n’existe pas de moteur hybride).

A la fin de cette phase, chaque groupe présente à l’ensemble de la classe les résultats de ses recherches sous forme d’un diaporama rapide (copies d’écran, vidéo,…)

3/Recherche de solutions/produits (1h)

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4/Validation des hypothèses

Motorisation électrique sur banc d'essai de la voiture

Comment moduler l'énergie dans le cas d'une motorisation électrique ?Quelle est la durée d'utilisation d'une batterie entre deux recharges ?

Motorisation électrique sur banc d'essai moteur

Comment transformer l'énergie électrique en énergie mécanique et comment transmettre cette énergie aux roues ?

4/Validation des hypothèses

Motorisation thermique et transmission de puissance avec SW

Comment faire avancer la voiture à la vitesse souhaitée dans le cas d'une motorisation thermique ? Modulation?

Transmission (méca 3D)

Motorisation thermique avec détermination du taux de compression

Comment fonctionne un moteur à explosion 2 temps ?Comment faire varier le taux de compression pour améliorer les performances du moteur Delta 15 ?

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Sur voiture à hydrogèneMise en œuvre de la voiture :

Avec accumulateur rechargeable (1,5V en direct…)

Avec H² et pile à combustible (déjà chargée)Avec cellules photovoltaïques sur le toit

Lister les divers problèmes.Comment on recharge en H² ?

Sur la voiture manip ?En vraie (industrie) ?

Comment on refait de l’électricité à partir du H² ?Caractériser sortie de pile à combustible.Transformation d’énergie (stockage et restitution)Pour l’ensemble des activités, d’autres pistes de recherche peuvent être envisagées,

comme par exemple: -formaliser et caractériser les E/S -pertes d’énergie due au variateur?

-pertes d’énergie de l’accumulateur? -trouver les courbes de couple, de puissance, de rendement -rendement énergétique (à développer)

4/Validation des hypothèses

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5/ L’échange argumentéLes équipes peuvent terminer leur restitution qui est réalisée comme une présentation des recherches et expérimentations amenant une réponse au problème technique posé. Chaque équipe alors présentera devant les autres équipes.

6/ Structuration des acquis>La chaîne d’énergie, les entrées, les sorties, avec les pertes de chaque bloc>Une équipe caractérise un bloc, et tout le groupe reconstitue le « puzzle » de la chaîne d’énergie.

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6/ Structuration des acquis>Comparaison des courbes de couple, de puissance, de rendement

>Comparaison Rendement énergétique (empreinte environnementale) (à développer)

>Dans le cadre de l’utilisation de moteur électrique, mettre l’accent sur le fait que les difficultés sont au niveau du stockage de l’énergie, notamment de l’hydrogène très instable.

>Recontextualiser les recherches effectuées dans le laboratoire:

-travail sur maquette, et donc grosses différence avec le réel (exemple sur le stockage de l’hydrogène),

-pile à combustible réversible sur la maquette mais non-réversible sur modèle réel.

>Formaliser les termes « énergie », « puissance » (à travers l’exemple de deux voitures différentes qui monte le même col de montagnemais pas à la même vitesse)

>Reprendre le débat sur le développement durable et montrerla nécessité de connaissances techniques

>Ouverture sur les autres type de transport avec l’exemple de

l’avion solaire SolarImpulse de Bertrand PiccardIdée de projet :Equiper la voiture RC d’un panneau photovoltaïque pour la rendre autonome en énergie.

Liens

1/Situation déclenchante, les articles de Le Monde du 29/09/2010« la voiture se met à l’électrique » http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=1136234&clef=ARC-TRK-NC_01 ou http://forumalgerie.xooit.com/t2474-La-voiture-se-met-a-l-electrique.htm« Le moteur thermique n’a pas dit son dernier mot » http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=1136338&clef=ARC-TRK-NC_01« L’hybride se rend plus accessible… » http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=1136341&clef=ARC-TRK-NC_01 « la lutte contre le silence » http://www.lemonde.fr/cgi-bin/ACHATS/acheter.cgi?offre=ARCHIVES&type_item=ART_ARCH_30J&objet_id=1136331&clef=ARC-TRK-D_01

3/Les produitsVoiture radio commandée Média didactisée DMShttp://www.dmseducation.net/files/dms/fiche/2536_fiche_produit.pdf?PHPSESSID=56b33f49c59b82eebd97f623f20b5057http://mlkssi.free.fr/Systemes_fichiers/DT%20voiture%20RC.pdfVoiture radio commandée Pirate avec carte d’acquisition Crea Technologiehttp://www.phelenix-technologies.com/produits/creation-et-innovation-technologique----si.htmlhttp://www.phelenix-technologies.com/mediatheque/Fiches_produits/CREA_TECHNOLOGIE/DocPirate_2_.pdfVoiture à hydrogènehttp://www.hellopro.fr/voiture-a-piles-a-hydrogene-horizon-2005918-935360-produit.html avec dossier www.h-tec.com/portal/download.php?objectId=%7BF8BA9E1A-F2BC-E63C-7589-5DB4962E1E3A%7D&index=0 équipement issu de http://www.h-tec.com/de/indexhttp://www.technologieservices.fr/fr/a-a1008520-edc1000003/article/MA600-Station-et-vehicule-a-energie-hydrogene.htmlhttp://www.camif-collectivites.fr/technologie/materiel-d-enseignement/sciences-de-l-ingenieur/le-concept-car-a-pile-a-combustible.htmlhttp://www.camif-collectivites.fr/technologie/materiel-d-enseignement/sciences-de-l-ingenieur/la-station-service-hydrogene.htmlExplications sur la pile à combustible: http://www2.ulg.ac.be/cior-fsa/activite/pac/Techno.htmwww.pedagogie.ac-nantes.fr/servlet/com.univ.collaboratif.utils.LectureFichiergw?ID_FICHE=1164552303515&OBJET=9001&ID_FICHIER=383757

6/Avion solairehttp://www.gralon.net/articles/commerce-et-societe/industrie/article-l-avion-solaire---presentation-et-histoire-de-cette-technologie-2291.htmhttp://www.linternaute.com/science/technologie/deja-demain/06/avion-solaire/avion-solaire.shtml

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