Activités pour les élèves qui ne sont pas retournés au collège (les autres peuvent aussi les faire).
Attention : on parlera dans ce chapitre du cycle de vie d’un objet, à ne pas confondre avec le cycle de vie d’un produit. Le premier est celui qui prend en compte toutes les activités qui entrent en jeu dans la fabrication, l’utilisation, le transport, et la fin de vie d’un objet. Le second est plutôt utilisé en marketing, pour désigner l’ensemble de toutes les phases de vente qu’un produit traverse, de sa conception jusqu’à son extraction du marché.
En utilisant vos connaissances personnelles, les informations obtenues dans les documents de la partie 1, ou en effectuant des recherches sur internet, tentez de répondre aux questions suivantes.
N’hésitez pas a refaire le test (il suffit normalement de rafraîchir la page, par exemple en appuyant sur la touche F5 située en haut de votre clavier)
Mieux comprendre les sollicitations dans une structure en treillis. Partie 2.
La dernière fois vous avez réalisé une maquette de pont en treillis de type Warren. Nous allons maintenant tester la solidité de ce pont. Tout d’abord il va falloir le renforcer, ensuite réaliser un montage pour pouvoir poser du poids en son centre, et enfin augmenter le poids petit à petit en observant le comportement de ses éléments.
Durée estimée : 2 à 3 heures.
Matériel nécessaire :
la maquette de pont en papier réalisée précédemment ;
de quoi prendre en photo le pont et les croquis que vous dessinerez ;
de quoi faire un compte-rendu (papier et stylo, ou logiciel de traitement de texte) ;
de quoi faire un « ravin » : deux meubles de même hauteur (chaises par exemple) ;
2 feuilles de papier A4 ;
une règle ;
une paire de ciseaux ;
deux crayons (pour que les tubes aient tous le même diamètre) ;
du scotch.
Étape 1 : renforcement du pont.
En testant le pont, on s’aperçoit qu’il a trop tendance à se déformer. Avec un peu de scotch placé judicieusement, nous allons le renforcer.
Questions à se poser lors de l’ajout du scotch (réponses à mettre sur le compte-rendu sur l’ENT) :
Quelle est la forme géométrique de la zone créée dans le « vide » situé entre chaque morceau de scotch et les poutres auxquelles on l’accroche ?
Avez-vous repéré cette forme géométrique dans d’autres parties du pont ? Si oui, ces parties vous semblent-elles moins déformables que d’autres zones du pont ? Pourquoi ?
Selon vous, pourquoi faut-il placer les morceaux de scotch deux par deux dans des coins adjacents ? Que se passerait-il si on les plaçait dans des coins opposés ?
Aurait-il fallu faire le même type de placement si on avait remplacé le scotch par de la ficelle ? Ou par des pailles scotchées ?
D’après le dessin ci-dessous, présentant divers éléments de pont, lesquels venons-nous de réaliser (attention ils ne ressemblent pas du tout à ceux de l’illustration) ?
Voici où votre enseignant a disposé le scotch, faites de-même.
Étape 2 : Réalisation d’un tablier de pont.
En plus de résister aux éléments naturels, un pont doit résister aux usagers et aux véhicules qui le traversent en circulant sur le tablier.
Pour mieux voir les déformations à l’étape 3, nous ne réaliserons que la partie centrale du tablier.
Réalisez un pliage en accordéon avec une première feuille de papier.
Avec une autre feuille, découpez deux bandes de 6cm de large, et faites deux tubes, comme lors de la réalisation du pont. Gardez le reste de feuille.
Avec du scotch, assemblez les deux tubes et l’accordéon comme sur les images ci-dessous, et disposez le tout sur votre pont. Recouvrez le tablier avec le reste de feuille.
Placez le pont entre deux meubles et prenez des photos sous différents angles (dont une vue de côté et une vue d’en haut).
Étape 3 : Réalisation de l’expérience.
Appuyez doucement sur le tablier et observez ce qui se passe au niveau des rivets.
Dans le compte-rendu, décrivez ce que vous voyez.
Appuyez plus fort, normalement un des éléments du pont (en général une poutre) va céder.
Prenez une photo de ce qui a cédé.
En classe, nous aurions assemblé les ponts de chaque groupe ensemble pour réaliser d’autres expériences dessus, mais chacun de votre côté ce n’est pas possible. Essayez de garder vos réalisations pour les apporter en classe après la fin du confinement.
Étape 4 : Rédaction et envoi du compte-rendu.
Si vous n’avez pas la possibilité de faire un compte-rendu numérique.
Vous pouvez imprimer le document-réponse ci-dessous, ou utiliser une feuille à petits carreaux.
Vous pouvez vous amuser quelques minutes à essayer de construire des ponts en treillis dans les jeux Cargo Bridge et Cargo Bridge 2.
N’y passez pas trop de temps…
Sur ordinateur, en installant un logiciel.
Sur les ordinateurs de l’école est installé le logiciel West Point Bridge Designer (WPBD) en version 2007, une activité devait être réalisée en demi-classe sur ce logiciel pendant que l’autre partie des élèves réalisait les ponts. Ce logiciel est en anglais, une documentation en français est disponible : ici.
WPBD est réalisé et utilisé dans le cadre d’une compétition sur internet à laquelle sont invités à s’inscrire de nombreux collégiens et lycéens aux États-Unis.
Si vous le souhaitez, vous pouvez l’installer sur votre ordinateur et l’essayer. Arriverez-vous à construire un pont « Warren Through Truss » pour moins de 300 000 $ ?
Lien de téléchargement : https://www.cesdb.com/west-point-bridge-designer.html (sous MacOS seule la version 2016 est disponible, sous Windows vous pouvez vous contenter d’installer la version 2007, sous Linux aussi, par exemple à l’aide du logiciel Play On Linux).
Rappels : chaîne d’énergie, dans les systèmes consommateurs d’énergie.
Pour mieux comprendre un système technique, il est très utile de l’étudier sous forme de représentations schématiques.
Nous avons vu, lors des séances en classe, une représentation schématique des divers cheminements de l’énergie dans un système : la chaîne d’énergie.
Cette représentation ne s’applique pas qu’aux systèmes de production d’énergie utilisable par l’homme (vus avec le barrage, le panneau photovoltaïque ou l’éolienne). Les systèmes consommateurs d’énergie sont eux aussi représentables par une telle chaîne. Dans ceux-ci, la chaîne se termine par une action effectuée par le système.
La plupart du temps, une chaîne d’énergie simple ressemblera à cela (vous avez vu en classe ce à quoi correspondent les fonctions Alimenter à Transmettre) :
Par exemple pour un scooter (version très simplifiée) :
Une chaîne d’énergie plus complexe pourra avoir plus de blocs, dans des ordres différents.
Remarque : pour les systèmes qui produisent de l’énergie, comme leur action est de « produire de l’énergie utilisable », écrire cette action est facultatif. C’est ce qui a été fait par exemple pour la chaîne du barrage hydroélectrique.
Contrôler la quantité d’énergie : la chaîne d’information.
De nombreux systèmes ne se contentent pas de fonctionner, sans possibilité de modifier leur comportement après les avoir mis en marche. Pour l’exemple du scooter, il manque entre autres la possibilité d’adapter la vitesse, en contrôlant la quantité d’énergie chimique (carburant) distribuée au moteur. Pour cela on ajoute un deuxième schéma à la chaîne d’énergie : la chaîne d’information.
Elle permet de visualiser comment un système est piloté, en fonction de différentes informations qu’il reçoit :
actions de l’utilisateur, principalement ;
autres informations extérieures, issues de l’environnement (comme la température de la pièce dans le cas d’un radiateur) ;
informations issues de la chaîne d’énergie.
La chaîne d’information est composée de blocs correspondant à des fonctions parmi :
La fonction Acquérir : en utilisant un capteur, elle crée une information à partir :
d’un évènement qui est en tout-ou-rien (ex : présence d’une personne, température supérieure à une consigne).
ou d’une grandeur physique qui prend différentes valeurs (ex : nombre de tours par minute d’un moteur, distance d’un obstacle).
La fonction Traiter : elle interprète les informations transmises par les fonctions Acquérir, afin de décider ce que le système doit faire.
La fonction Communiquer : elle peut
donner l’information traitée à l’utilisateur (ex : compteur de vitesse, voyant lumineux). L’élément remplissant cette fonction est appelé actionneur.
donner un ordre à une chaîne d’énergie.
Remarques :
La plupart du temps, dans les systèmes que vous allez étudier, la chaîne d’information est faite avec des composants électroniques. Dans certains schémas il est possible que la partie Traiter envoie directement les ordres à la chaîne d’énergie lorsqu’un composant a été conçu pour en même temps Traiter et Communiquer les informations.
On peut avoir plusieurs capteurs, mais pour simplifier la chaîne d’information, on les regroupe souvent ensemble dans un même bloc Acquérir, et on fait une liste des noms des objets techniques en dessous.
C’est la même chose pour les actionneurs, qu’on regroupe souvent dans un même bloc Communiquer.
Une chaîne d’information simple ressemblera donc à cela :
La fusion de la chaîne d’information et de la chaîne d’énergie : la chaîne fonctionnelle.
Lorsque l’on raccorde la chaîne d’énergie et la chaîne d’information ensemble, on obtient la chaîne fonctionnelle du système.
Des ordres relient les fonctions Communiquer (de la chaîne d’information) et Distribuer (de la chaîne d’énergie).
Des informations relient un ou plusieurs éléments de la chaîne d’énergie (en fonction de(s) information(s) que l’on veut récupérer) aux fonctions Acquérir (de la chaîne d’information).
Une chaîne fonctionnelle ressemblera donc à :
En reprenant l’exemple du scooter, en version très simplifiée, on peut obtenir :
Quelques remarques :
Des objets techniques différents ont été regroupés dans la fonction Acquérir. Très souvent il y en a un par grandeur physique à acquérir (issue de l’extérieur et/ou de la chaîne d’énergie) ;
Des objets techniques différents ont été regroupés dans la fonction Traiter. Ici chacun traite une information créée par la fonction Acquérir, mais souvent vous rencontrerez un unique composant traitant plusieurs informations ;
Des objets techniques différents ont été regroupés dans la fonction Communiquer. Très souvent il y en a un par information à envoyer. Ici l’un envoi une information à l’utilisateur (vitesse du véhicule) et l’autre un ordre à la chaîne d’énergie (modification du débit en carburant);
Certains objets complexes (en général on précise que c’est une partie de l’objet) peuvent remplir plusieurs fonctions. Ici différentes parties du carburateur remplissent différentes fonctions, dans la chaîne d’énergie, et dans la chaîne d’information.
Mieux comprendre les sollicitations dans une structure en treillis. Partie 1.
Durée estimée : 2 à 3 heures.
Remarque : Cette activité aurait dû être réalisée en groupes en classe, et le temps de réalisation aurait dû être divisé par le nombre d’élèves dans le groupe.
Le but est de réaliser partiellement un pont en treillis de type Warren. Ce pont est bien plus simple que les ponts vus lors des exposés oraux (pont viaduc de Garabit et pont du Firth of Forth).
Poutre type Warren
Les poutres seront réalisées à l’aide de tubes en papier. En classe l’enseignant vous aurait distribué des attaches parisiennes, vous en fabriquerez en papier si vous n’en n’avez pas à disposition chez vous.
Matériel nécessaire :
4 feuilles au format A4 ;
une règle ;
une paire de ciseaux ;
deux crayons (pour que les tubes aient tous le même diamètre) ;
du scotch ;
(optionnel) 10 attaches parisiennes.
Étape 1 : réalisation des poutres.
Sur chacune des 4 feuilles A4, tracez les traits, et découpez les 5 bandes d’environ 6 centimètres de large comme sur l’image ci-dessous. Vous obtenez 20 bandes.
Roulez 19 tubes, en utilisant de préférence la méthode de la vidéo et de la galerie ci-dessous.
Étape 2 : réalisation des « rivets » en papier (optionnel)
Cette étape est nécessaire si vous n’avez pas d’attaches parisiennes.
Normalement il vous reste une bande de papier de 6cm de large. Dans cette bande vous découperez des morceaux de papier d’environ 6 millimètres de large (donnant donc des rectangles de 6cm x 6mm). Pliez en trois pour avoir un tout petit ruban rigide de 6cm x 2mm, que vous plierez en deux comme ci-dessous.
Il vous faudra 10 attaches.
Étape 3 : assemblage des côtés du pont
Il va falloir percer les tubes pour faire passer les rivets à l’intérieur et assembler le pont.
Pour cela pliez l’extrémité de chaque tube à environ 8mm des bords et découpez une fente d’environ 6mm de large dans laquelle on fera passer les rivets. Vous pouvez pousser les rivets dans les fentes à l’aide des ciseaux.
Si vous avez des attaches parisiennes c’est bien plus facile.
Insérez des rivets à chaque extrémité d’une poutre et liez-la à deux autres poutres, puis liez ces deux poutres pour former un triangle.
Continuez à relier les poutres pour obtenir deux fois cette forme. Ce sont les côtés du pont.
Étape 4 : lier ensemble les côtés du pont
Maintenant il faut utiliser les 5 poutres restantes pour réaliser les poutres principales des travées. Celles-ci sont destinées à relier ensemble les deux côtés du pont. Pliez les bouts des poutres et reliez-les à un côté. Écrasez les extrémités des rivets pour maintenir les poutres en place : dans la réalité de nombreuses structures et véhicules (avions et bateaux) utilisent un procédé similaire, appelé rivetage (vidéo d’exemple montrant le rivetage d’un bateau).
Finissez l’assemblage en reliant le second côté. C’est l’étape la plus difficile, il est conseillé de faire le rivetage dès que possible pour que l’assemblage d’une poutre ne désassemble pas la poutre d’à côté. Vous obtenez un pont presque utilisable.
Je vous souhaite un bon assemblage. La prochaine fois vous réaliserez le tablier du pont et étudierez la résistance aux efforts. Vous pouvez parcourir à nouveau cet article et regarder les mots mis en gras, qui sont du vocabulaire à connaître.
Les semaines précédentes (juste avant le confinement) vous avez effectué des exercices sur la chaîne d’énergie d’objets consommant de l’énergie pour effectuer une action.
Voici ce qui a été fait les semaines précédentes :
C’est tout pour le moment, votre enseignant mettra d’autres activité en place dans les prochains jours (lui aussi est en train de découvrir comment utiliser ce site).
C’est tout pour le moment, votre enseignant mettra d’autres activité en place dans les prochains jours (lui aussi est en train de découvrir comment utiliser ce site).
