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Effet de serre
mis à jour le 27/06/2023
Dispositif expérimental permettant de mettre en évidence l'effet de serre lié au dioxyde de carbone. Programmation sur carte Arduino pour récupérer et traiter les données par la suite.
mots clés : Dioxyde de carbone, effet de serre, CO2, réchauffement climatique, programmation, arduino, capteur
Comme une couverture, les gaz à effet de serre absorbent le rayonnement infrarouge et le réémettent dans toutes les directions en particulier vers la surface de la Terre. Certains gaz et plus particulièrement le CO2 ont un potentiel de réchauffement global (PRG) très important malgré une concentration dans l'atmosphère somme toute assez faible.
L'objectif de la manipulation est de modéliser l'impact du CO2 sur le réchauffement climatique. La manipulation donne l'occasion de réaliser une programmation sur Arduino puis un traitement des données.
| Référence au socle commun de connaissances, de compétence et de culture |
| Domaine 1 : Pratiquer des langages. Domaine 2 : Concevoir, créer, réaliser Domaine 3 : Adopter un comportement éthique et responsable Domaine 4 : Pratiquer des démarches scientifiques |
| Référence aux programmes 2016 collège |
| Cycle 4, AFC : LA PLANETE TERRE, L’ENVIRONNEMENT ET L’ACTION HUMAINE. - Explorer et expliquer certains éléments de météorologie et de climatologie. - Identifier les principaux impacts de l’action humaine, bénéfices et risques, à la surface de la planète Terre.
|
| Référence aux programmes 2019 lycée enseignement scientifique de 1ère |
| L'objectif est de confronter les élèves à la pratique d'une démarche scientifique expérimentale, de l'utilisation de matériels (capteurs et logiciels) à l'analyse critique des résultats. Le projet expérimental et numérique comporte trois dimensions : - Utilisation d'un capteur éventuellement réalisé en classe |
Matériel
Mise en oeuvre
Programmation
Lancement et prise de mesures
Récupération des mesures et construction d'un graphique
Critique du modèle
Matériel
- 2 lampes à incandescence.
- 1 PC équipé du logiciel Arduino et du logiciel Excel.
- 1 carte arduino + groove shield + 2 capteurs température
-2 disques métalliques peints en noir (le métal réémet des infrarouges contrairement au papier qui en réémet peu)) ou à défaut deux disques papiers noir.
- 2 saladiers transparents en plastique très rigide (type Guzzini) dont un percé (utiliser un foret adapté) et équipé d'un bouchon.
- 1 bouteille de CO2 comprimé ou en bonbonne.
Programmation
- Il faut bien sûr au préalable avoir téléchargé le logiciel Arduino. N'importe quel moteur de recherche permet d'accéder à divers forums proposant le téléchargement gratuit d'Arduino.
- La carte Arduino choisie ici est une des plus simples et des moins couteuses (carte Arduino Uno).
1) Connecter à la carte les deux capteurs sur 2 broches (ici D2 et D3) puis brancher la carte au PC sur un port USB et lancer le programme Arduino.
2) Réaliser le programme en bloc de la façon suivante puis cliquer sur "Téléverser vers l'Arduino" :
3) Une fois téléversé, le programme devrait apparaitre sous la forme suivante :
4) Téléverser à nouveau le programme sur la carte pour que la modification effectuée soit prise en compte.
Lancement et prise de mesures
S'assurer que le montage entier est correct avant de lancer la prise de mesure. Il faut retirer le bouchon du second saladier puis injecter le CO2. Pour réaliser les mesures, deux options sont possibles :
1) Le mode moniteur semble à priori confortable puisqu'il permet de voir en simultané les courbes de température des deux capteurs. En revanche, il est compliqué de capturer le graphique et celui-ci affiche en abscisse des valeurs dont l'unité est le baud. Il est impossible dans ce mode de "jouer" sur les échelles pour mieux faire apparaitre les variations de température.
2) Le mode traceur permet de récupérer les valeurs de température qui pourront ensuite être utilisées dans Excel pour tracer le graphique.
C'est ce mode qui est choisi ici :
- En mode "traceur", l'écran affiche la fenêtre suivante :
Récupération des mesures et construction d'un graphique
Il peut être intéressant de récupérer les mesures pour ensuite construire un graphique qui mettra en parallèle les variations de température dans les 2 enceintes.
Les mesures se font automatiquement toutes les secondes. Au bout d'une 15aine de minutes, on peut récupérer les mesures en les sélectionnant pour les copier avant de les traiter. Le passage depuis Arduino vers Excel ne peut se faire directement et nécessite de passer par le bloc note Windows.
Manipulation à effectuer :
- Se placer dans la fenêtre "traceur" avec la souris et faire CTRL + A (tout sélectionner) et très rapidement CTRL + C (tout copier) car les mesures continuent de s'incrémenter en temps réel.
- Ouvrir un fichier vierge depuis le bloc-notes de Windows (fichier au format "txt") et y coller les données (CTRL + V)
On obtient ainsi le fichier suivant :
- Ouvrir le logiciel Excel puis importer les données depuis votre fichier texte enregistré précédemment :
- Suivre ensuite le déroulement comme indiqué dans les 3 étapes suivantes :
- Utiliser l'assistant graphique d'Excel pour générer le graphique :
- Un peu de manipulation pour les axes et légendes et on obtient rapidement le graphique désiré :
Critique du modèle
L'objectif principal est de voir qu'en présence de CO2 la température augmente dans la seconde enceinte MAIS
- La quantité de CO2 "injectée" dans le saladier n'est pas maitrisé, l'aspect quantitatif du CO2 et son influence n'est pas traitée.
- Il faudrait que le modèle soit lancé depuis de longues minutes pour qu'un état d'équilibre se soit instauré avant d'injecter le CO2. Les câbles qui relient les capteurs à la carte Arduino doivent être identiques donc de même longueur sous peine d'avoir une légère différence de température entre les capteurs.
- L'injection du CO2 en bonbonne refroidit systématiquement la température dans le saladier. Il peut être envisagé de détendre le gaz au préalable dans un ballon de baudruche pour lui permettre de passer à température ambiante avant d'être injecté dans le dispositif.
- La réémission d'infrarouge par le disque noir ne peut être équivalente à celle émise par la surface du globe.
Fougerolle Gérard, Professeur de SVT au collège Le Grand Champ de Grez-en-Bouère
contributeur(s) :Landreau Christophe, Professeur de Technologie au collège Le Grand Champ de Grez-en-Bouère
information(s) pédagogique(s)
niveau : tous niveaux, Cycle 4, Lycée tous niveaux
type pédagogique : logiciel, didacticiel, travaux pratiques, tutoriel
public visé : non précisé, enseignant
contexte d'usage : classe, atelier
référence aux programmes :
sciences de la vie et de la Terre - Rectorat de l'Académie de Nantes