LES ENERGIES RENOUVELABLES - DOC by 2rb13N

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									                                        LES ENERGIES RENOUVELABLES

1. Place dans les programmes du cycle 3 :
          Education à l’environnement :
« […] elle développe une prise de conscience de la complexité de l’environnement et de
l’action exercée par les hommes. Elle s’appuie sur une compréhension scientifique pour des
choix raisonnés. » Ces choix raisonnés s’appliquent aussi aux sources d’énergie utilisées.

               L’énergie :
       -   exemples simples de sources d’énergie utilisables,
       -   consommation et économie d’énergie,
       -   notions sur le chauffage solaire.

                Le ciel et la terre :
       -   La lumière et les ombres.

               Monde construit par l’homme :
       -   circuits électriques alimentés par des piles (en prenant le mot « pile » au sens large),
       -   objets mécaniques, transmission de mouvements.

2. Qu’est-ce qu’une énergie renouvelable ?

      2.1. Qu’est-ce que l’énergie ?
      C’est la « capacité d’un système à se transformer ou à provoquer des
transformations. C’est dans ces transformations que l’on fait apparaître la notion d’énergie.
On définit l’énergie à partir de ses effets :
mouvement (travail),
chaleur,
rayonnement (lumière notamment).
L’énergie permet d’assurer les besoins vitaux de l’homme : se nourrir, se chauffer, se
déplacer, s’éclairer, transformer les matériaux… »1

           2.2. Source d’énergie.
        Il faut différencier la forme de l’énergie de sa source. La source d’énergie est ce qui
permet de produire cette énergie (exemples : le soleil, le vent, le charbon…).
        Quand on parle d’énergie renouvelable, en fait, on parle de « source d’énergie
renouvelable », c’est une source qu’on peut réutiliser ou reformer après son utilisation.
Exemples :
-soleil,
-vent,
-bois (mais le renouvellement est long) / biomasse,
-eau


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    Définition extraite de Sciences et techniques, tome 1, Astronomie et Energie de E. Bolmont et F. Colson, éditions MDI.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
-terre (géothermie).

3. Comment ces sources sont-elles utilisées ?

       3.1. Le soleil.
- pour son rayonnement que l’on capte afin de chauffer (chauffe-eau solaire, four solaire),
- pour sa lumière que l’on capte afin d’obtenir de l’électricité (panneaux solaires, cellules
photovoltaïques).

       3.2. Le vent.
- utilisé principalement pour produire de l’électricité (éoliennes).

       3.3 L’eau.
- utilisé principalement pour produire de l’électricité (barrages hydroélectriques).

       3.4. Le bois / la biomasse.
- production d’électricité et de chaleur à partir du bois ou de déchets agricoles.

       3.5. La géothermie.
- puits canadien : un tunnel est creusé dans le sol à une certaine profondeur et ayant une
certaine longueur. L’air extérieur passe dans ce tunnel qui reste à une température
constante toute l’année : il se réchauffe en hiver ou se refroidit en été. Puis, l’air passe
dans le bâtiment qu’il réchauffe ou refroidit.

4. Des sites à visiter.
- la route des énergies renouvelables : contacter              Lorraine Energies Renouvelables,
                                                               15, rue de la Voise
                                                               B.P. 8
                                                               54450 BLAMONT
                                                               Vincent Foinant (03 83 75 27 73)
      Visite d’un parc d’éoliennes à Igney
      A Reillon, gîte d’étape et de séjour dont la chaufferie est alimentée par du bois
déchiqueté et chauffage par énergie solaire.
      A Mignéville, site de méthanisation de l’exploitation agricole.

- des animations sur les énergies renouvelables proposées par le Parc Naturel Régional de
Lorraine dès la rentrée 2006.

5. Des activités possibles en classe.
      Un projet axé sur les énergies renouvelables peut s’accompagner d’actions
concrètes : création d’objets techniques, entretien d’un espace naturel, organisation d’une
exposition, association avec la mairie…
      Les entrées dans un tel projet sont diverses : textes documentaires, visite d’un site,
albums…
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
           5.1. Chauffer avec le soleil.
       Il y a deux façons de chauffer avec le soleil : concentrer le rayonnement solaire à
l’aide de lentilles (loupes) ou de miroirs (capteurs solaires à concentration) et piéger le
rayonnement grâce à l’effet de serre (capteurs plans).

                    5.1.1. Les capteurs solaires à concentration..

                            5.1.1.1. Chauffer avec des miroirs.
Consigne donnée aux élèves : chauffer de l’eau dans des petites boîtes (boîtes de pellicules
photos par exemple) à l’aide de miroirs plans.
       Après les expériences avec les loupes, les élèves savent que concentrer les rayons du
soleil en un point donné permet de chauffer ce point. Ils se rendent vite compte qu’un
miroir ne permet pas de chauffer plus, qu’il ne concentre pas les rayons lumineux, qu’il ne
fait que les réfléchir. Il faut donc plusieurs miroirs pour obtenir le même effet.
       A partir de là, on peut faire des mesures de températures plus précises en
comparant une petite boîte exposée à la lumière seule et une petite boîte sur laquelle on a
orienté aux moins trois miroirs plans.




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      On peut pousser les expériences un peu plus loin en essayant avec des miroirs
courbes (réflecteurs de phares de voiture obtenus dans une casse par exemple). En
mettant un objet en plastique à l’emplacement du trou qu’occuperait la lampe dans le
réflecteur, il ramollit rapidement, à condition d’orienter convenablement le réflecteur.
      On peut ainsi en arriver à la construction d’un four solaire utilisant ce principe.

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    Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
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                    5.1.2. Les capteurs solaires plans.
      Ce sont des objets techniques qui ont pour but d’obtenir de la chaleur à partir du
rayonnement solaire. Cette chaleur est emmagasinée par un liquide (souvent de l’eau).
      A partir de l’observation du schéma d’un capteur plan de l’installation de chauffage
d’une maison, les élèves peuvent poser différentes questions :




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       -   Pourquoi mettre les capteurs sur le toit et sur un mur ou à plat par terre ?

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    Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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    Schémas extraits de Moteurs de jouets, mouvements, énergie, collection R. Tavernier, éditions Bordas.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
       -A quoi sert la plaque noire ?
       -A quoi sert la plaque de verre ?
       -A quoi sert l’isolant ?
       Des groupes d’élèves se partagent les questions, cherchent des expériences
permettant d’y répondre et viennent rapporter ce qui a été décidé et pourquoi. Ensuite,
chaque groupe réalise ses expériences et ses mesures. On peut réaliser ces expériences à
l’aide du montage suivant.




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      Les expériences se réalisent toujours avec une boîte témoin(contenant tous les
critères comme sur le schéma précédent) et une boîte dont un seul critère a été modifié
(par exemple, l’inclinaison ou la couleur du fond ou la présence d’une vitre en verre ou la
présence d’un isolant).
      On récapitule les résultats des expériences dans un tableau et on conclut.

           5.2. Fabriquer de l’électricité avec le soleil.
        On ne va pas demander à des élèves de cycle 3 de fabriquer un panneau solaire, mais
on peut en déterminer la fonction et les conditions de son bon fonctionnement. Pour cela,
on peut commencer par l’observation sur un site ou sur des documents d’un panneau solaire.
        Des questions se posent alors : Pourquoi le panneau est-il situé sur le toit d’un
bâtiment et pas sur le mur ? Dans quelle direction est-il orienté ?
        Avec une boussole, on constate que le panneau est orienté au sud, sur le toit, donc on
cherche à avoir le plus de lumière possible. On en déduit que le panneau fonctionne avec de
la lumière (Ce que l’on peut aussi vérifier avec des calculettes solaires : quand on les met au
soleil, elles fonctionnent, quand on cache le capteur avec sa main, elles s’éteignent).
        Le panneau fonctionne-t-il uniquement avec la lumière du soleil ou une source de
lumière autre peut-elle suffire ? On essaie de faire fonctionner des calculettes solaires à
l’intérieur à la lumière d’une classe (fermer les rideaux ou les stores pour que la lumière
extérieure n’intervienne pas) et bien sûr, elles se mettent en marche.
        On peut aussi se demander à quoi servent les câbles au-dessous du panneau solaire.
Les élèves savent, en général, que ce genre de câbles transporte de l’électricité. D’où
vient-elle ? Où va-t-elle ? Attention, les câbles au-dessous des panneaux solaires risquent
d’être confondus avec les câbles EDF qui sont sous une tension de 220 volts. Ce n’est pas le
cas des câbles du panneau solaire.
        On a vu précédemment que le panneau solaire a besoin de lumière pour fonctionner,
on peut supposer que l’électricité sort du panneau solaire et va dans le circuit électrique de

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    Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
la maison. D’où la fonction du panneau solaire : fabriquer de l’électricité à partir de lumière.
Ce qu’on peut vérifier par de petits montages :
     Les calculettes solaires : pas besoin de pile, c’est le capteur qui va faire fonctionner
       la calculette.
     Des moteurs électriques reliés à des photopiles (différents objets sont en vente sur
       le catalogue OPITEC).

           5.3. Utiliser le vent.

                    5.3.1. Pour déplacer un objet.
       On peut commencer par demander aux élèves de construire de construire des
« objets roulants » avec une poussée manuelle (par exemple : une boîte d’allumettes
équipée de 4 roues faites avec des bouchons en plastique). Une fois ces objets obtenus,
une nouvelle étape est proposée : Comment faire rouler ces objets sans avoir besoin de les
pousser et sans électricité ?
       Rapidement, la solution du ballon de baudruche gonflé d’air et installé sur l’objet
apparaît. Sinon, on peut la suggérer en exposant ce matériel sur une table.
       D’où l’idée qu’il existe d’autres sources de propulsion que le moteur électrique : cela
peut être de l’air.
       Si on ne veut pas passer par la construction des « objets roulants », on peut aussi
utiliser des petites voitures du commerce.



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                    5.3.2. Pour fabriquer de l’électricité.
       Il s’agit d’étudier le principe de l’éolienne.
       On peut commencer avec l’observation sur un site ou sur documents d’une éolienne.
Des questions se posent alors : A quoi cela sert-il ? Qu’est-ce qui permet de la faire
fonctionner ?
       La présence des hélices permet de mettre en évidence l’utilisation du vent comme
source d’énergie : le vent fait tourner les hélices, pourquoi ? Si on a installé des éoliennes,
c’est pour utiliser le vent, mais dans quel but ? On peut découvrir, à l’aide de documents,
que la rotation de l’hélice alimente un générateur qui produit de l’électricité.




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    Dessin extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
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     On peut même construire de petites éoliennes à l’aide de matériel vendu chez
OPITEC.

                    5.3.3. Pour produire une action mécanique.
       C’est le principe du moulin à vent. On peut utiliser la même démarche que
précédemment : l’observation d’un moulin (soit réel, soit sur documents) : A quoi sert-il ?
Qu’est-ce qui permet de le faire fonctionner ?
       Les ailes mettent en évidence l’utilisation du vent comme source d’énergie. Pourquoi ?
Que se passe-t-il quand le vent fait tourner les ailes du moulin ? On peut alors découvrir
par l’observation directe d’un moulin ou par l’étude de documents que le vent actionne les
ailes qui actionnent des engrenages qui transmettent le mouvement de rotation à la meule
qui écrase les céréales ou qui permettent la mise en action de différents systèmes.




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      On peut construire de petits moulins en utilisant des engrenages ou des jeux du
genre « meccano ».

           5.4. Utiliser la force de l’eau.

                    5.4.1. Pour déplacer un objet.
Activité : fabriquer un bateau se déplaçant de façon autonome et utilisant l’eau.




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    Dessin extrait de Vu Junior Sciences, l’encyclopédie visuelle des Sciences junior, éditions Gallimard Jeunesse.
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    Dessin extrait de Le ciel, l’air et le vent, collection découverte benjamin, éditions Gallimard Jeunesse.
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Document élaboré par Cécile Thomas, animatrice-sciences de Briey 1.
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       Soit le maître présente un objet déjà fait et les élèves cherchent comment c’est
fait, font des hypothèses, des essais, pour aboutir à l’objet final. Cette façon de procéder
permet d’étudier en même temps le fonctionnement de l’objet et son mode de propulsion.
       Soit les élèves construisent l’objet à l’aide d’une fiche technique. Puis, une fois
l’objet construit, on étudie son fonctionnement et son mode de propulsion.
       Dans tous les cas, on en arrive à la conclusion que c’est la force de l’eau qui fait
avancer le bateau.

                    5.4.2. La roue à aubes.
       C’est le principe du moulin à eau. On peut partir de l’observation d’un moulin réel (lors
d’une visite) ou de documents : A quoi sert-il ? qu’est-ce qui permet de le faire
fonctionner ?
       La présence de la grande roue met en évidence l’utilisation de l’eau comme source
d’énergie. Que se passe-t-il quand l’eau fait tourner la roue ? On peut alors découvrir par
l’observation directe du moulin ou par l’étude de documents que l’eau actionne la roue qui,
elle-même actionne des engrenages qui transmettent le mouvement de rotation à une meule
qui écrase les céréales ou qui permettent la mise ne mouvement d’une scie par exemple.
       On peut construire une maquette de roue à aubes à l’aide de matériel de
récupération.




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    Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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                    5.4.3. Pour fabriquer de l’électricité.
       C’est le principe des centrales hydrauliques. On peut commencer par une visite sur
site ou par l’étude de documents simplifiés.




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       L’eau fait tourner une turbine (sorte de grosse hélice) qui entraîne un alternateur
qui produit au final de l’électricité. On peut même fabriquer une maquette avec une dynamo
de bicyclette selon 2 démarches :
     On étudie le fonctionnement sur documents et on essaie d’en construire une.
     On en construit une à partir d’une fiche technique et on étudie le fonctionnement
       ensuite.




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     Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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     Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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6. Ressources documentaires.

          Collection R. Tavernier (éd. Bordas)
           -Moteurs de jouets, mouvements, énergie
           -Le feu, la lumière, le temps qui passe

          Nouvelle collection Tavernier (éd. Bordas), cahier d’activités CM1, physique et
           technologie

          Le ciel, l’air et le vent (éd. Gallimard Jeunesse, collection Découverte benjamin)

          Vu Junior Sciences, l’encyclopédie visuelle des sciences junior (éd. Gallimard
           Jeunesse)

          Sciences et Techniques, tome 1, Astronomie et Energie de E. Bolmont et F. Colson
           (éd. MDI)




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     Schéma extrait du Cahier d’activités CM1, physique et technologie, Nouvelle collection Tavernier, éditions Bordas.
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