Séance
Biomimétique : comment réaliser une hydrolienne à membrane ondulante ?
Les élèves réalisent de manière collaborative un prototype connecté (communicant) d’une hydrolienne à membrane. La partie mécanique est imprimée en 3D, la membrane est découpée, montée et testée par les élèves. La programmation est réalisée à l’aide d’une l’interface laissée au choix de l’enseignant.
Prototypage
- 50 min -
- En collaboration - Expérimenter
Activité de l’élève
Les élèves découvrent l’impression 3D d’un prototype. Ils réalisent la membrane par découpage. Ils en assurent l’assemblage et effectuent les tests et modifications nécessaires au bon fonctionnement.
Consigne
Suivez les consignes qui sont détaillées dans le document "Prototype de la structure de l’hydrolienne (partie mécanique)". Les différentes étapes à suivre sont les suivantes :
1 Téléchargez les fichiers (.STL) des quatre pièces mécaniques de l’hydrolienne.
2 Imprimez en 3D la structure de l’hydrolienne.
3 Montez et assemblez la structure.
4 Réalisez la membrane ondulante.
5 Contrôlez le bon fonctionnement des liaisons mécaniques.
6 Testez le fonctionnement de votre prototype.
Astuce pour l’élève
Vous pouvez observer avec attention la vidéo "Analyse technique d'une hydrolienne à membrane".
.Fichiers à télécharger
mission_ocean_hydrolienne_membrane_ondulante-720p.mp4 [mp4 - 25.92 MB]
Comment produire de l'énergie électrique en s'inspirant du mouvement ondulatoire des poissons et des mammifères marins ? Cette courte vidéo met en scène une expérience qui vous permettra de comprendre et de répondre très facilement à cette question !Cette ressource a été conçue dans le cadre du projet Mission Océan, parcours pédagogique numérique et innovant destiné aux élèves et enseignants de l’enseignement secondaire pour leur permettre d’approfondir leurs connaissances disciplinaires, tout en les sensibilisant aux grands enjeux des océans. Une production de La Fondation Dassault...Fichiers à télécharger
mission_ocean_comme_poisson_dans_eau-720p.mp4 [mp4 - 41.99 MB]
Rôle de l’enseignant
Guider les élèves dans l’assemblage des éléments du prototype.
Les aider en leur montrant les deux ressources vidéos suivantes :
- Analyse technique d’une hydrolienne à membrane
- Comme un poisson dans l'eau : maquette d'une membrane
Leur faire part du dossier technique de la membrane ondulante réalisé à partir de données et d'informations transmises par EEL Energy.
Conseil à l’enseignant
Imprimer à l’avance une série de pièces du prototype et en imprimer une seule pendant la séance.
Production attendue
Prototypage et test de la partie mécanique de l’hydrolienne à membrane.
Production
- 50 min -
- En collaboration - Expérimenter
Activité de l’élève
Les élèves réalisent un compteur d’ondulation d’une hydrolienne à membrane en respectant un cahier des charges et à l’aide d’une interface de programmation.
Consigne
Vous êtes chargé de mettre au point un dispositif simple permettant de compter le nombre d’ondulations de la membrane de l’hydrolienne en fonction de la vitesse du courant marin. Après avoir réalisé la structure mécanique de l’hydrolienne, vous adapterez un compteur (capteur et carte) sur ce prototype afin d’afficher le nombre d’ondulations par minute effectué par la membrane.
En mode collaboratif :
- sélectionnez les composants nécessaires (si besoin, imprimer le support pour aimant) ;
- connectez le prototype ;
- élaborez le programme à l’aide de l’interface ;
- testez le fonctionnement de l’objet communicant.
Identifiez le dispositif magnéto-mécanique qui permet la connexion de l’hydrolienne à la partie électronique.
Astuce pour l’élève
Bien faire le lien entre le numéro de la broche de connexion sur la carte et l’interface de programmation. Demander la pièce mécanique manquante permettant la fixation de l’aimant.
Rôle de l’enseignant
Le professeur fournit le support d’aimant (déjà imprimé).
Il passe de groupe en groupe et aide les élèves à mettre en forme le programme si besoin.
Conseil à l’enseignant
Bien vérifier la connexion de la carte lors du téléversement du programme et la conformité du câblage.
Production attendue
Réalisation du compteur d’ondulation en respectant le cahier des charges.
Conclusion
Les élèves découvrent les étapes du prototypage rapide en mettant en œuvre une opération d’impression 3D, une opération de découpage, montage et test ; puis prototypage de la partie électronique en utilisant une carte standard programmée. Ils connaissent la définition d’un prototype : un objet est fabriqué pendant la conception afin de vérifier, grâce à des tests, son fonctionnement et donc de valider des solutions. Une imprimante 3D permet de réaliser rapidement les pièces du prototype par addition de matière. L’opération nécessite dans un premier temps une modélisation des pièces en 3D sur un logiciel de CAO et leur enregistrement dans un format spécifique (STL).