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un atelier scientifique et technique autour d'un moteur à air chaud dans la cité scolaire Monge - Chauvinière

mis à jour le 23/03/2009


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C'est la sixième année scolaire d'activité pour le club moteur à air chaud du lycée Gaspard Monge. Cet atelier scientifique et technique se situe entre modélisme et expérimentation scientifique. Autour de la réalisation et l'évolution d'un moteur à air chaud, différents partenariats sont mis en place, avec des scientifiques d'une part et avec des élèves extérieurs à l'atelier d'autre part. Le travail réalisé est valorisé à l'intérieur mais aussi à l'extérieur de l'établissement.

mots clés : atelier scientifique et technique, expérimentation, production, valorisation, prototypes, échange scientifique, partenariat


présentation et objectifs de l'atelier

Les élèves de la cité scolaire Monge-Chauvinière peuvent encore cette année imaginer et fabriquer de nouvelles machines thermodynamiques. Le club propose en effet à l'ensemble des élèves sur un temps non scolaire,  de fabriquer, tester et optimiser des prototypes de moteurs à air chaud ou moteur Stirling (du nom du pasteur Ecossais qui en a déposé un brevet en 1816).  Après une année 2007-2008 très riche où ces lycéens défendaient leur projet de Praxinoscope (machine ancêtre du cinéma) à air chaud  lors du salon Exposcience Europe de Budapest, la promotion 2009 s'attèle à la construction d'une maquette de radeau à nageoire propulsé par un moteur à air chaud.
Cet atelier a également pour objectif de favoriser les échanges entre les différents élèves du lycée et de les mettre en situation de communication de leurs travaux lors de rendez-vous extérieurs. Enfin, les six années d'activité du club ont également permis de créer un bon nombre de partenariats avec des laboratoires de recherches, des écoles d'enseignement supérieur, des collèges et des associations.

les disciplines

Les disciplines concernées par l'atelier sont les suivantes: physique, électrotechnique et énergétique.
groupe d'élève de l'AST du lycée Monge
 
moteur Stirling

la démarche avec les élèves

L'activité de l'atelier se partage entre la fabrication des prototypes, le test de solutions technologiques, l'expérimentation, les contacts avec des structures extérieures et des présentations lors de rendez-vous liés aux thématiques sciences et culture.
Les séances ont lieu le midi lors de la pause déjeuner Trois créneaux sont possibles dans la semaine. 
Les élèves se spécialisent plus ou moins dans certains aspects comme la découpe des chemises en verre, le ponçage, le taraudage ou différents collages. Ils proposent également des plans et essayent ensuite de les réaliser. Plusieurs essais sont souvent nécessaires. Ils réfléchissent également à des solutions aux problèmes qu'ils  rencontrent. Cette année par exemple, certains élèves, qui s'étaient spécialisés dans le moulage de piston, ont réussi à saupoudrer de téflon un des pistons lors du moulage. Cela leur a permis de s'affranchir de certains problèmes d'absorption d'eau et de condensation qui avaient eu lieu dans le graphite utilisé au préalable.

 

les relations avec les chercheurs

Le travail des élèves s'accompagne de visites de laboratoires et de contacts avec des chercheurs. Les élèves ont par exemple visité cette année un laboratoire de l'IMN (Institut Jean Rouxel de Nantes): l'unité cryogénique de fabrication d'azote liquide (voir la photo ci-contre). Ce laboratoire utilise la réversibilité du moteur Stirling pour générer du froid intense (-240°c) afin de condenser l'azote de l'air ambiant après filtrage.
Un chercheur à l'Ecole des Mines de Nantes a également permis un contact avec un autre chercheur de l'IRCCyN (Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes,  UMR 6597) qui travaille sur un robot anguille. Celui ci accepte de suivre le projet de radeau à nageoire propulsé par un moteur à air chaud.
 
visite du labo de l'IMN - AST du lycée Monge
 

le travail mené avec des élèves extérieurs à l'atelier

Un travail de caractérisation des moteurs fabriqués au club a été mené cette année par des élèves de seconde MPI de la cité scolaire: analyses de trajectoire des pièces mobiles, mesures de pression, de vitesse de rotation en fonction de l'écart de température appliqué au moteur et du type de fluide de travail (air ambiant ou hélium).

Un partenariat est également mené avec le collège Notre Dame de Toutes Aides. Les collégiens usinent quelques pièces en PVC qui permettent d'améliorer la qualité globale du moteur. En échange, un moteur a été remis au collège.

 
ast Monge - option MPI
 

les valorisations

Le travail est présenté à l'intérieur de l'établissement lors des portes ouvertes. Il est également valorisé à l'extérieur lors de divers événements :  Fête de la science (photo ci-contre), RAMDAM à l'ouest et le Forum des sciences Pôle sciences et environnement du quartier Nantais des Dervallières. Le club a également participé les années précédentes au concours "Faites de la science". A noter également que l'association ALISEE (Association Ligérienne d'Information et de Sensibilisation à l'Énergie et à l'Environnement) souhaite installer un des moteurs dans sa remorque pédagogique présentant les gestes quotidiens permettant à chacun de faire des économies d'énergie. Le club était invité à présenter son moteur lors de l'inauguration de la plateforme de l'association.
AST lycée Monge - fête de la science
 
auteur(s) :

Philippe Mocquard, enseignant, Lycée Gaspard Monge (Nantes)

information(s) pédagogique(s)

niveau : tous niveaux

type pédagogique : démarche pédagogique

public visé : enseignant

contexte d'usage : atelier

référence aux programmes :

ressource(s) principale(s)

vignette AST01.jpg les ateliers scientifiques et techniques 05/05/2017
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