Sciences de l’ingénieur Terminale S
Cette séquence pédagogique, fruit d’une réflexion basée sur l’utilisation des engins sous-marins pendant le débarquement de 1944 et lors de l’expédition D-Day de 2013 (cartographie des épaves du débarquement allié dans la baie de Seine), a pour objectif d’aborder les notions de mécanique des fluides et de résistance des matériaux dans le contexte sous-marin. Elle repose sur l’étude de cas de systèmes existants : les sous-marins de poche, les robots sous-marins appelés ROV (Remotely Operated Vehicle) et AUV (Autonomous Underwater Vehicle).
Le thème sociétal est la préservation et la valorisation du patrimoine sous-marin (ici les épaves du débarquement).
Thème sociétal : la préservation et la valorisation du patrimoine sous-marin.
Problématique : comment préserver et valoriser un patrimoine non accessible car immergé ?
Problèmes techniques : comment déplacer une caméra sous l’eau pour filmer au plus près des épaves ? Comment acquérir des images en toute sécurité dans le milieu marin ?
Séquence organisée en quatre grandes étapes :
Séance 1 : Découverte du thème sociétal et de la problématique : 1 h
Séance 2 : Analyse du besoin lié aux engins sous-marins : 2 h
Séance 3 : Analyse fonctionnelle des engins sous-marins : 2 h
Séance 4 : Les notions élémentaires de mécanique des fluides : 1 h
Séance 5 : Application des notions de mécanique des fluides : 2 h
Séance 6 : Propulsion et flottabilité d’un ROV : 2 h
Séance 7 : Résistance du hublot de contrôle d’un ROV : 2 h
Séance 8 : Synthèse de la séquence : 2 h
Séance 9 : Évaluation : 4 h
1 h
Problématique sociétale : comment préserver et valoriser un patrimoine non accessible car immergé ?
Échange, débat, et brainstorming collectifs :
Classe entière
2 h
Analyser les différentes technologies d’engin sous-marin.
Comment déplacer des hommes et/ou des technologies dans le milieu hostile sous-marin ?
Activité pratique :
Réalisation d’une carte d’idées sur différentes technologies d’engins sous-marins (débarquement et expédition D-Day) avec la mise en évidence, pour chaque technologie, du contexte d'utilisation, de son intérêt, des avantages et inconvénients, du principe de fonctionnement et des contraintes d'utilisation.
Par binômes voire par équipes de trois.
Chaque équipe ne traite qu’un seul système pendant 1 h dans la liste suivante :
Restitution finale pour réaliser la carte d’idées complète (1 h).
2 h
Mettre en évidence les fonctions techniques principales des engins sous-marins.
Comment décrire les fonctions d’un engin sous-marin ?
Activité pratique :
Par binômes ou par équipes de trois.
Chaque équipe ne traite qu’un seul système pendant 1 h parmi la liste suivante :
Restitution finale (1 h).
1 h
Comprendre les notions élémentaires de mécanique des fluides.
Quelle est l’influence de l’eau sur les engins sous-marins ?
Cours
Classe entière
2 h
Appliquer les notions de mécanique des fluides aux engins sous-marins.
Quelle est l’influence de l’eau sur les engins sous-marins ?
TD : différents exercices sur la mécanique des fluides appliquée aux engins sous-marins à partir d’un fichier exécutable.
Demi-classe (travail individualisé sur PC avec un fichier exécutable permettant l’évolution de chaque élève en fonction de son niveau : possibilité pour le professeur de différencier son aide en fonction des difficultés des élèves).
PC.
2 h
Comment dimensionner la propulsion du ROV à partir d’une modélisation ?
Activité pratique :
Demi-classe et travail par binômes.
PC équipés du logiciel SolidWorks et de son module Flow Simulation.
2 h
Analyser la résistance du hublot de contrôle (caisson étanche) du ROV à la pression de l’eau.
Comment concevoir un hublot de contrôle (partie protégeant la caméra et les composants électroniques) pour le ROV avec un coefficient de sécurité suffisant pour résister à la pression de l’eau ?
Activité pratique :
Demi-classe et travail par binômes.
PC équipés du logiciel SolidWorks et de son module Simulation.
2 h
Comment préserver et valoriser un patrimoine non accessible car immergé ?
Synthèse de la séquence :
Demi-classe et synthèse par équipes de quatre élèves.
Explication des différents sujets de synthèse orale une semaine avant la séance pour permettre aux élèves de commencer la préparation de l’oral et de son support visuel numérique.
Temps approximatifs : 1 h 15 à 1 h 30 pour la fin de la préparation en équipes et 30 à 45 minutes pour les synthèses orales.
4 h
Devoir sur table
Classe entière