Comment produire et stocker une énergie ?

Thème : Produire, distribuer et convertir une énergie

Séance 1 : Formes et sources d’énergies.
Séance 2 : Comment est constitué un système automatique ?

CS 1.6 - Analyser le fonctionnement et la structure d’un objet, identifier les entrées et sorties.



Séquence :
Comment produire
et stocker une énergie ?
Problématique :
Séance 2 : Comment est constitué un système automatique ?
Cycle 4
-
2ème
année
Thème : Produire, distribuer et convertir une énergie
Situation déclenchante : Les parents de Romain souhaitent éclairer l'allée menant à leur garage
le soir. En effet, celle-ci étant en retrait de l'éclairage public, l'allée est parfois difficilement visible
et pose problème aux personnes ne connaissant pas la maison. Romain s’interroge sur les solutions
possibles sachant que ses parents souhaitent une solution qui ne demande pas de travaux
conséquents et qui soit la plus économique possible en terme d'énergie.


Problème posé : Comment éclairer une allée automatiquement à la tombée de la nuit ?
Activité 1 : Définir les solutions envisagées pour répondre au besoin


I] Quelles solutions peut-on proposer aux parents de Romain ?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________


II] Les lampes solaires de jardin sont de plus en plus appréciées par jardiniers et les décorateurs.
Elles permettent d’illuminer entre autres les allées de manière écologique, économique et esthétique.


A l’aide de la Fiche Ressource Les lampes solaires fourni, répondre aux questions ci-dessous :
a) Quelles sont les caractéristiques à privilégier lors de l’achat d’une lampe solaire ?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________


b) Quels sont les avantages d’intégrer un détecteur de présence dans une lampe solaire ?
_________________________________________________________________________
c) Est-ce que toutes les lampes solaires sont écologiques ? Justifier votre réponse ?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
III] Sur le plan ci-dessous vous devez tracer une allée entre la porte du garage et le portail.
Vous placerez les lampes solaires nécessaires pour assurer l’éclairage suffisant pour un accès simple.
Les contraintes :
- le portail et la porte du garage ont une largeur de 2,5 m.
- L’automobile ne peut pas rentrer dans le garage en biais, un tournant est à prévoir avant la porte.
- Les lampes solaires sont à placer tous les 2 mètres et des deux côtés de l’allée.
Combien faudra-t-il de lampes solaires pour cette allée ? _____________________________


Activité 2 - Étude d’un fonctionnement de la  borne solaire.

2a)A l'aide de la borne solaire démontée, compléter la colonne « Repère » de la nomenclature
ci-dessous :
Repère
Désignation

Cellule photovoltaïque

Batterie

DEL munie d'un réflecteur

Pique

Chapeau

Circuit électronique

Fond de chapeau

Tube

Fils électriques

Globe


2b)Fonctionnement de la balise solaire.
Sur la chaîne d'énergie mise à votre disposition :
- Mettre l’interrupteur sur la position ON
- Cacher la cellule photovoltaïque de la lumière avec la paume de votre main afin de simuler la nuit.
Que se passe-t-il ? ________________


Retirer votre main de la cellule photovoltaïque
Que se passe-t-il ?_________________________________
Mettre l’interrupteur sur la position OFF


2c)Décrire le fonctionnement de la borne solaire dans le tableau ci-dessous :
Découpe et colle les étiquettes de la borne solaire dans le tableau ci-dessous.


Fonctionnement de la borne solaire
Jour
Nuit




2d)Complète le document ci-dessous avec les mots suivants : réflecteur, batterie, DEL,
cellule photovoltaïque, photons, électricité, emmagasinée.
La balise solaire fonctionne grâce à une ____________________ située sur le chapeau. Elle capte
l’énergie solaire qui est transformée en ______________ :
Les __________ heurtent une surface mince de ces matériaux, puis sont absorbés par celle-ci.
Ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans
une direction particulière, créant ainsi un courant électrique qui est recueilli par des fils métalliques très
fins.
Cette énergie, _____________ dans __________, sera ensuite restituée la nuit afin d’alimenter une
_____ bleue. Cette lumière est ensuite amplifiée par un _________.
2e)Observer et identifier les différents composants de la chaîne d'énergie et d'information.
Compléter la chaîne d’énergie ci-dessous avec les mots suivants : lumière, stocker, l’électricité,
diffuser, adapte, énergie lumineuse.


Une cellule
photovoltaïque
est un composant
électronique
qui, exposé
à la lumière
(photons),
produit
de
__________
La batterie
permet de
_______
l’électricité
Le circuit
intégré
___________
l’alimentation
à l’énergie électrique
à
la DEL
La DEL
convertit
l’énergie
électrique
en
_______
________
Le réflecteur
dirige
la lumière
pour mieux
la _______
dans
le globe
La borne
solaire
diffuse
de
_________


2f)Compléter la chaîne d’information ci-dessous avec les mots suivants : du capteur, des ordres
de commande, la lumière.
Cellule LDR + interrupteur
Microcontrôleur
Fils électriques
Le capteur de luminosité détecte _______.
L’interrupteur permette
d'interrompre ou d'autoriser le
passage du courant électrique
Il traite les informations
 provenant ______selon
la programmation du système
Il communique
_________________
(allumer une lumière)
à la chaîne d’énergie
On peut simplifier la chaîne d’information : vous allez proposer une solution.




Conclusion : Descriptif général de la chaîne fonctionnelle d'un système automatique.


















Ressources :
- Fiche ressource de la balise solaire.
- Une série de balises solaires.
- Le composant LDR sert majoritairement à distinguer la présence ou l'absence de lumière.


EVALUATION
Attendus en fin de cycle
Maîtrise
insuffisante
Maîtrise
fragile
Maîtrise
satisfaisante
Très bonne maîtrise
CS 1.6 - Analyser le fonctionnement
et la structure d’un objet,
identifier les entrées et sorties.




Vous cocherez dans le tableau la réponse CS 1.6

CT 2.2 - Identifier l les flux d’énergie et d’information sur un objet et décrire les transformations qui s’opèrent



Séquence :
Comment produire et
stocker une énergie ?
Problématique :
Séance 1 : Formes et sources d’énergies
Cycle 4
-
2ème
année
Thème : Produire, distribuer et convertir une énergie
Situation déclenchante : Quelles formes d’énergies exploitées pour produire une énergie autonome.
Fiche élève
Activité 1 :  Définir les différentes sources d’énergies                             
                                 
Définition : L’énergie ne se voit pas mais nous en percevons le résultat (produire un mouvement,
changer la température, modifier l’état de la matière, produire de la lumière etc), c’est un phénomène qui
permet d’effectuer un travail. L’énergie peut provenir de différentes sources (origines) : le bois, le vent,
l’uranium, le pétrole, le gaz, etc.

Travail à faire :
1 ) Complétez les définitions suivantes en indiquant les 5 énergies renouvelables que vous
connaissez et précisez également les 4 énergies non renouvelables. Recherches possibles sur le
site CEA.

Les énergies renouvelables dépendent d’éléments que la terre renouvelle en permanence. Tant que la
terre existera, il y aura toujours :
- …………………………...
- …………………………...
- …………………………...
- …………………………...
- …………………………...


Les énergies non renouvelables disparaîtront un jour car leurs stocks sont limités.
Fossiles : Ce sont des matières que l’on trouve sous terre et qui sont issues de la décomposition des
matières organiques , il y a des millions d’années.

Fissibles : Ce sont des éléments dont on peut casser les atomes pour libérer de l’énergie et de la
chaleur.
- …………………………...
- …………………………...
- …………………………...
- …………………………...


2) Nature de l’énergie utilisée pour le fonctionnement d'objets techniques.               
L'énergie est nécessaire aux êtres vivants pour bouger, pour se chauffer... De même beaucoup d'objets,
de mécanismes consomment de l'énergie : les véhicules, les appareils électriques...
L'énergie peut prendre différentes formes : la chaleur, la lumière, le son ...
L'énergie peut aussi se transformer : l'énergie thermique (chaleur) peut-être transformée en énergie
électrique.

L'électricité est une énergie transformée, obtenue à partir de différentes sources d'énergie.
1. Thermique (émission de chaleur) 2. Mécanique (objet en mouvement)
3. Électrique (déplacement d’électrons) 4. Lumineuse (lumière)
5. Chimique (carburants, piles...)

Indiquez la nature de l’énergie utilisées dans les exemples suivants :


……………….
……………….
……………….
……………….
……………….













Activité 2 : Qu’est-ce qu’une chaîne d’énergie ?
La chaîne d’énergie permet de mettre en évidence pour chaque composant de l’objet, la forme de
l’énergie utilisée en entrée et en sortie afin de connaître l’action qu’il réalise.
On peut découper cette chaîne d’énergie en plusieurs blocs fonctionnels.

1) Définir les fonctions du flux d’énergie
Associer à chaque définition l'un des verbes suivants représentant une fonction réalisée sur l'énergie :
alimenter, stocker, distribuer, convertir, transmettre.

- Opération qui consiste à conserver l'énergie en vue de la restituer : ……………….

- Opération qui consiste à modifier la forme de l'énergie : ……………….

- Opération qui consiste à fournir l'énergie du système : ……………….

- Opération qui consiste à transmettre l'énergie en quantité désirée : ……………….

- Opération qui consiste à diffuser l'énergie : ……………….

2) Déterminer les transformations d’énergie dans un système                                               
Une installation mixte solaire-éolien permet d’alimenter en énergie électrique plusieurs appareils
domestiques. L’éolienne et le panneau solaire produisent l’électricité pour plusieurs appareils
domestiques. L’éolienne et le panneau solaire produisent l'électricité qui est stockée par la batterie.
Un régulateur protège la batterie en limitant le courant de charge si celui-ci est trop fort.
Un convertisseur permet d’adapter la tension électrique afin de la rendre compatible avec les appareils.


Indiquez la nature de l’énergie en entrée et en sortie de chaque élément sur le schéma ci-dessous,
ainsi que la fonction qu’il assure en utilisant les verbes suivants :
alimenter, distribuer, stocker, convertir, transmettre


a)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


b)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


c)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


d)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


e)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


f)fonction
……………….

Entrée
--------------------->
……………….
Sortie
--------------------->
……………….


b) Compléter la chaîne d’énergie de l’installation mixte en replaçant les fonctions et les éléments
ci-dessus en précisant l’énergie employée en entrée et sortie :


………...
Alternateur
Régulateur
………...
Convertisseur
Fils
Vent-->
Alimenter -->
………...
Stocker
-->
………...
………...-->
Energie
………...
Energie
………...
Energie
………...
Energie
………...
Energie
………...
Energie
………...

Synthèse :
(Source Académie de Toulouse)
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Ressources : Site CEA, Fonctionnement d’une éolienne
EVALUATION
Attendus en fin de cycle
Maîtrise
insuffisante

Maîtrise
fragile

Maîtrise
satisfaisante

Très bonne maîtrise
C 2.2 : Identifier l les flux d’énergie
et d’information sur un objet
et décrire les transformations qui
s’opèrent