Ce travail été réalisé dans le cadre des travaux académiques mutualisés ayant pour thème en 2013 2014 "La place du numérique dans l’enseignement de la technologie"

Connaissances et capacités

Les expérimentations proposées sont des pistes d’investigation et activités pour le centre d’intérêt "Comment une unité d’habitation est-elle structurée ?"

 Les matériaux utilisés : Propriétés des matériaux
 Évolution des objets techniques : Contexte historique et socio-économique - Évolution des styles
 Les énergies mises en œuvre : Économie d’énergie, pertes
 Communication et gestion de l’information : Outils logiciels

Conditions de déroulement de l’activité

 Mise en situation - questionnement  :

• - Observation en situation ou à partir de photos de toits des maisons lorsqu’il y a du givre ou de la neige. Certains restent blancs alors que sur d’autres, la neige ou le givre fond. Pourquoi ?
• - Observation d’une photo prise avec une caméra thermique : quelle couleur indique qu’il y a des pertes d’énergie ? Qu’est-ce qui explique les pertes ? Où sont-elles les plus importantes ?...

Problématiques :

• - Comment limiter les pertes de chaleur à travers les murs ou le toit de ma maison, quel matériau est-il préférable d’utiliser ?
• - Comment limiter les pertes de chaleur à travers les fenêtres, qu’est-il préférable de faire : augmenter l’épaisseur de la vitre ou placer une lame d’air entre deux vitres moins épaisses ?

Première proposition d’activité : Acquérir des données sur un banc d’essai thermique de matériaux

1. Essais de conductibilité thermique

Relever la variation de température sur la face de différents matériaux de construction soumis à l’action d’un glaçon.

 Matériel :

• - Banc d’essai
• - Brique NXT et capteur de température
• - Les matériaux sous forme de plaques de 4mm d’épaisseur : Polystyrène, PVC, acier, ...
• - Un glaçon

 Activité : Les élèves suivent le protocole d’expérimentation :

• - mise en œuvre du banc d’essai.
• - paramétrage du programme d’acquisition de données de la brique NXT.
• - acquisition des données.
• - enregistrement des données obtenues
• - impression des résultats sous forme de courbes.
• - rédaction du bilan d’expérimentation

2. Réalisation des courbes avec un tableur/grapheur

 importation des données enregistrées avec le boitier NXT, sous forme de fichier .log dans une feuille de calcul - procédure vidéo
 réalisation des courbes de variation de la température en fonction du temps avec l’assistant graphique du tableur - procédure vidéo

3. Analyse des courbes pour définir la notion de conductibilité thermique et comparer les résultats pour classer les matériaux de manière qualitative.

4. Vérification de l’intérêt des fenêtres double vitrage par rapport aux pertes d’énergie.

En suivant la même procédure, les élèves comparent une plaque de PVC de 4mm et une structure en couche de 1mm PVC-2mm d’air et 1MM de PVC.

Deuxième proposition d’activité : lecture à distance des données températures acquises sur une maquettes par le boitier NXT

 Matériel : Chaque groupe d’élèves est muni

• - d’une brique NXT et de 2 capteurs d’acquisition de données température.
• - d’une maquette (simulation de 2 habitations anciennes avec des lézardes dans les murs).
  La maquette se présente sous forme de plateforme avec 2 habitations (faces lézardées pour simuler les pertes énergétiques), une avec isolant (laine de verre, laine de roche, polystyrène, ..) et l’autre sans isolant.
  La chauffe est réalisée par une résistance chauffante.
  Pour la prise de température, deux capteurs de température (acquisition de données) sont branchés sur les ports A et B de la brique.
  La brique NXT est posée dans son emplacement sur la plateforme.

file_download Fichiers d’usinage de la maquette réalises avec Graal V5

• - d’un ordinateur et du logiciel NXT programming.

• - d’un dossier Ressources sur l’utilisation du logiciel, la mise en place de l’acquisition de données par relevé de température et courbes.

• - d’une tablette numérique pour acquisition des données via la tablette
• - d’un dossier d’utilisation du logiciel de la tablette.
  Un outil est à disposition sur la tablette, l’application appelée TRAAM_ MESURE.
  L’objectif de cette application est de lire à distance sur une tablette "Android" des informations numériques images de la partie entière de la température (ex : 21°C, 22°C,...).
  Ces informations sont transmises par liaison sans fil bluetooth.

file_download Télécharger l’application
file_download Comment installer l’application sur la tablette - document professeur
file_download Activité élèves : acquérir les données à distance sur tablette
file_download Document guide pour utiliser l’application dur la tablette

 Déroulement de l’activité

Chaque groupe d’élève dépose sa maquette à l’extérieur, lance une expérimentation sur 10 minutes (4 minutes de chauffe et 6 minutes sans chauffe (par exemple)) t récupère les données dans la salle via NXT programming et/ou tablette.

Il est possible de répartir les rôles entre les élèves :

• - prise de photos pour l’élaboration du document final présentant les résultats et les conclusions (prise de photo avec tablette ou smartphone).
• - enregistrement d’un commentaire oral pour la mise en œuvre du TP ou les conclusions de l’ilot sur les résultats obtenus (utilisation tablette ou smartphone).
• - réalisation de croquis pour explications (mise en place de l’expérience).
• - prise de mesures avec la tablette.
• - suivi de relevé de température via NXT programming.

Pour voir les autres pistes développées dans le cadre des TRAAM 2013-2014

Ont participé aux TRAAM 2014 : Jean-Christophe Chardigny - Catherine Dubos Bacherot - Sébastien Ponsot - Philippe Rémy - Jean-Pierre Salvidant - Olivier Vendème