Diapositive 1

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Une application réalisable dans le cadre des
fabrications collectives en 4ème.
Thèmes de convergence Énergie / Développement
durable / Météorologie et climatologie /
Importance du mode de pensée statistique /
Sécurité.
Lautomatisation dune serre de semis. Un
projet complémentaire à la serre de jardin, la
serre de semis permettra de travailler sur un
objet réel par la réalisation dun prototype et
non dune maquette tout en ayant moins de
problèmes dencombrement et de prix.
1. Lanalyse et la conception de lobjet
technique Les connaissances et les capacités
proposées en classe de quatrième permettent une
représentation fonctionnelle des objets
techniques étudiés. Dans ce cas, lélément
graphique de base peut être simple et est limité
à lidentification de la fonction, à la frontière
de lobjet technique étudié et aux liaisons avec
son environnement. Lélève effectue des
recherches de solutions techniques. En
parallèle, la représentation structurelle
saffine avec notamment la réalisation de
maquettes numériques de tout ou partie dobjets
techniques.
6. Les processus de réalisation dun objet
technique En classe de quatrième, lapproche
processus de réalisation sappuie toujours sur
lobjet technique étudié. Les activités proposées
correspondent à une ou plusieurs réalisations
collectives de prototypes ou de maquettes et
mettent en uvre des moyens de fabrication
unitaire.
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Nous allons mener à bien ce projet en suivant
une démarche dinvestigation qui va consister à
rechercher, imaginer, tester puis évaluer toutes
les solutions possibles afin de faire des choix
parmi celles-ci. Pour cela, après avoir posée la
problématique, nous allons établir le cahier des
charges.
Problématique Comme on la vu
précédemment une serre nécessite des systèmes
de régulation automatique. Mais le jardinier non
professionnel qui ne veut pas investir dans des
automatismes qui coûteraient plus cher que la
serre est condamné à ajuster en permanence la
ventilation et il risque de tout perdre sil
sabsente car des jeunes pousses peuvent être
grillées en moins dune heure.
Mettre en relation des contraintes que lobjet
technique doit respecter et les solutions
techniques retenues.
Le cahier des charges est donc le suivant
Prix, encombrement et poids les plus petits
possible pour un système capable douvrir et de
fermer une serre denviron 1 m² avec suffisamment
de réactivité pour que lamplitude des variations
de température ne soit pas trop grande. De plus
le système doit être totalement autonome sans
utiliser de pile, batterie ou capteur
photovoltaïque.
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• Les solutions
• Tous les systèmes électriques asservis
  électroniquement sont incompatibles de part leur
  prix. De plus lobligation damener lélectricité
  à une petite serre qui peut être mobile est une
  contrainte supplémentaire que refuse le cahier
  des charges pour la sécurité (contact avec leau
  darrosage) et le côté pratique.

• Dautres systèmes qui utilisent la dilatation
  dun gaz dans un vérin nous dispensent dune
  alimentation électrique, mais ils sont encore
  trop coûteux et surtout trop encombrants pour une
  petite serre.

Rechercher et décrire plusieurs
solutions techniques pour répondre à une fonction
donnée. Choisir et réaliser une solution
technique.
Identifier les éléments qui déterminent le coût
dun objet technique.
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Recherche de solution Cherchons à utiliser le
phénomène physique de dilatation qui nous
dispense dune alimentation électrique. Létude
va commencer par une recherche des matériaux à
fort coefficient de dilatation, en tenant compte
aussi du prix.
Classer de manière qualitative plusieurs matériaux
selon une propriété simple imposée par les
contraintes que doit satisfaire lobjet technique.
Nous sélectionnons les plus faciles à se
procurer à moindre prix pour les tester et les
comparer Le fer (12) Le cuivre
(17) Laluminium (23) Le zinc (29)
Vérifier la capacité de matériaux à satisfaire
une propriété donnée.
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Etude de la dilatation Il faut dabord
calculer lallongement obtenu et voir sil est
exploitable mécaniquement. Un coefficient de 12
signifie quune barre dacier d1m sallonge de
0.012mm pour une élévation de température de 1C.
Même pour 10C on aura 0.12mm ce qui est très
insuffisant pour soulever le toit directement, il
faudrait une barre impossible à faire tenir dans
une serre.
Vérifier la capacité de matériaux à satisfaire
une propriété donnée.
Rechercher et décrire plusieurs
solutions techniques pour répondre à une fonction
donnée. Choisir et réaliser une solution
technique.
La solution serait dutiliser un fil de fer
au lieu dune barre rigide, car il peut être
replié sur lui-même et occuper peu de place.
Problème On ne peut pas pousser avec un fil
mais seulement tirer.
La solution consiste à utiliser le fil pour
empêcher louverture, alors quun ressort
comprimé pousse pour ouvrir. La seule source
dénergie est donc lénergie mécanique dun
ressort, autonomie totale et pas dentretien. La
température augmentant, le fil va sallonger et
libérer progressivement le ressort qui va
pouvoir pousser une ouverture.
Indiquer la nature des énergies utilisées pour le
fonctionnement de lobjet technique.
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- En associant un mécanisme multiplicateur
utilisant des bras de leviers différents on peut
multiplier par 20 ou 30 la valeur de dilatation.
En rotation autour du point O, pour 1 mm de
déplacement du point A, on aura 30 mm de
déplacement du point B.
On obtient maintenant 0,36 mm de déplacement
pour un degré, ce qui est toujours insuffisant.
Rechercher et décrire plusieurs
solutions techniques pour répondre à une fonction
donnée. Choisir et réaliser une solution
technique.
- Le dernier paramètre que lon peut modifier
est la longueur du fil, cest lui qui doit nous
permettre de rendre le système opérationnel. Par
exemple avec 10 m de fil on aura pour 1C
délévation de température 0,012 x 10 x 30
3,6 mm dallongement avec du fil de fer. 0,017 x
10 x 30 5,1 mm d allongement avec du fil de
cuivre.
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Ces valeurs restent faibles, on cherchera donc à
optimiser la ventilation, plutôt que douvrir une
porte ou un volet latéral il est beaucoup plus
efficace douvrir en toiture au point le plus
haut de la serre surtout si en même temps on crée
une ouverture en bas, on bénéficie alors dun
effet de cheminée.
Sachant que ces quelques millimètres se
retrouvent sur toute la longueur du toit et des
deux côtés sous forme de deux triangles. Pour
notre serre de 1 m par 70 cm, on aura une section
de passage de lair de 3,6 mm x 1020 3672
mm² 36,72 cm² plus 3,6 x 480 / 2 864 mm²
par triangle Donc pour les deux 864 x 2 1728
mm² 17,28 cm² Soit au total 54 cm² douverture
par degré.
Décrire sous forme schématique, le fonctionnement
de lobjet technique.
Section de passage de lair 1 rectangle 2
triangles 54 cm²
Rechercher et décrire plusieurs
solutions techniques pour répondre à une fonction
donnée. Choisir et réaliser une solution
technique.
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Problème Pour tendre le fil, il faut un
support rigide qui ne se dilate pas sinon les
allongements vont en partie sannuler, on
utilisera donc une barre de bois comme support.
Un support de 30 mm de large est suffisant
pour enrouler plusieurs dizaines de mètres de
fil, ce qui doit nous donner un allongement
exploitable surtout si on utilise du cuivre
(coefficient 17 ).
Rechercher et décrire plusieurs
solutions techniques pour répondre à une fonction
donnée. Choisir et réaliser une solution
technique.
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Le toit articulé peut senlever en sortant
lanneau de la fente du toit sans avoir à
démonter aucune pièce.
Axe de rotation
Créer une représentation numérique dun objet
technique simple avec un logiciel de conception
assistée par ordinateur. Rechercher et
sélectionner un élément dans une bibliothèque de
constituants pour lintégrer dans une maquette
numérique.
Pour obtenir un effet de cheminée il est
nécessaire de faire une double ouverture haute et
basse. En articulant lensemble dessus et face
avant autour dun même axe central, les deux
ouvertures se feront simultanément. De plus le
poids du toit séquilibre en partie et
louverture se fait avec peu deffort.
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Après avoir recherché et défini lensemble
toit-face avant et flancs, les élèves peuvent
visualiser immédiatement chaque
modification sur la maquette numérique.
Créer une représentation numérique dun objet
technique simple avec un logiciel de conception
assistée par ordinateur. Rechercher et
sélectionner un élément dans une bibliothèque de
constituants pour lintégrer dans une maquette
numérique.
Maquette numérique
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Réalisation du prototype
La configuration peut comprendre du réglage,
du paramétrage nécessaire à la mise en service.
Réaliser tout ou partie du prototype ou de
la maquette dun objet technique.
Lorsque tous les choix auront été validés par le
calcul et sur la maquette numérique, la
fabrication dun prototype permettra de réaliser
les essais et mesures nécessaires à la mise au
point définitive (diapo suivante) et à la
validation ou à labandon du projet en fonction
des résultats obtenus.
Identifier et classer les contraintes
de fonctionnement, dutilisation, de sécurité
du poste de travail. Organiser le poste de
travail.
Énoncer les contraintes techniques liées à
la mise en uvre dun procédé de
réalisation. Mettre en relation des
caractéristiques géométriques dun élément et son
procédé de réalisation. Préparer un protocole de
test et/ou de contrôle en fonction des moyens
disponibles. Effectuer un contrôle qualité de la
réalisation pour chaque opération importante.
Compléter ou modifier un planning pour adapter la
réalisation dun objet technique en fonction
daléas.
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Essais et mesures sur prototype
Pour vérifier le fonctionnement nous allons
placer un thermomètre dans la serre exposée au
soleil (ou à un projecteur halogène), faire un
relevé de température et mesurer louverture à
intervalle régulier, ces données seront
représentées sous forme de graphique,
manuellement et à laide dun tableur grapheur
pour comparer les deux outils de travail.
Mettre en place et interpréter un essai pour
mettre en évidence une propriété électrique ou
thermique donnée.
Dans la phase de mise au point on multipliera
les essais pour le fer et le cuivre en faisant
varier la longueur de fil jusquà obtenir un
fonctionnement satisfaisant.
Mettre en relation le choix dun matériau pour un
usage donné, son coût et sa capacité de
valorisation.
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FIN