Carnet de bord du TPE

Séance 1 (21/09/2012) : Lieu : 2h en classe

Constitution des groupes (Thomas et Ylann uniquement pour l'instant)

Recherche de sujet : après quelques rares idées infructueuses (dont l'étude des trajectoires des projectiles sportifs), nous trouvons quelques pistes. Les trois différentes pistes étudiées sont :

  • Les défis théoriques de l'espace (sujets possibles : espace-temps, antimatière...)
  • Les conditions nécessaires à  la vie (volet physique du sujet)
  • Les défis concrets de l'espace (les exoplanètes, optimisations des moyens de transports spatiaux, ...)

Ces sujets sont à creuser pour la semaine suivante. Nous nous donnons environ un mois afin de trouver un sujet et un plan.

Séance 2 (28/09/2012) : Lieu : 1h CDI, 1h en classe

Nous poursuivons les recherches de thèmes. Approfondissement des thèmes cités ci-dessus. Thomas, plutôt orienté SVT, se propose pour approfondir le thème "les conditions nécessaires à  la vie". Ylann cherche de nouvelles pistes d'étude et une expérience qui concerneraient le thème des "défis théoriques de l'espace".
Nous abandonnons le troisième thème ("les défis concrets de l'espace") faute de réelle motivation.
Les résultats de ces recherches sont encourageants : des esquisses de plans commencent à  se dessiner.
Thomas a trouvé un angle d'attaque du sujet sur les conditions nécessaires à  la vie : afin d'éviter de tomber dans le volet SVT du sujet qui serait Hors Sujet, Thomas propose de travailler sur les conditions physiques nécessaires pour obtenir de l'eau liquide, elle-même nécessaire à  la vie. A développer pour la séance 3.
Ylann trouve une expérience sur laquelle le thème n°2 pourrait se baser : la déformation de l'espace-temps simulée par la déformation d'une toile par des poids répartis sur sa surface. C'est un bon moyen pour vulgariser ce concept complexe.
Pour la séance suivante, nous devrons mettre à  l'écrit nos trouvailles, essentiellement les plans afin de pouvoir les soumettre aux professeurs qui nous encadrent (M. Caboche et M. Lacombe).

Bibliographie : Consultation au CDI des différents numéros de Science et Vie (en particulier le n°1139 pour Thomas).  

Séance 3 (05/10/2012) : Lieu : 2h en classe

Plan du sujet sur la déformation de l'espace-temps :

  1. Présentation de l'expérience de manière globale.
  2. Explication des conséquences de cette déformation sur les trajectoires et les comportements des autres corps.
  3. Mise en relation avec la réalité.

Plan du sujet sur les conditions nécessaires à  la vie :

  1. Postulat : l'eau liquide est nécessaire à  la vie.
  2. Etude des différents facteurs qui permettent la présence d'eau liquide : température et pression.
  3. Etude des différents facteurs qui font varier température et pression. Nous analyserons donc les facteurs suivants en priorité : distance par rapport à  l'étoile, température de l'étoile, nombre d'étoiles, épaisseur de l'atmosphère.

Nous soumettons ces deux plans aux professeurs encadrants. Nous apprenons que le premier sujet nécessite des connaissances d'université, trop complexes pour que nous puissions les assimiler en 1°S. Les professeurs jugent que le deuxième sujet penche trop vers la SVT, et ce malgré nos efforts. Tout est à  refaire et nous sommes un peu dépités.  

Séance 4 (12/10/2012) : Lieu : 2h CDI

Changement de thème ==> Les pales d'hélicoptères

Pourquoi ce nouveau thème en particulier ? Nous devions en effet trouver une nouvelle base et assez rapidement. Ylann est passionné depuis tout petit par la question suivante : pourquoi les avions, si lourds, peuvent-ils voler ? Ylann décide de complexifier un peu le problème en s'intéressant aux hélicoptères. Ainsi, il propose ce thème des pales d'hélicoptères à  Thomas, qui accepte. C'est parti pour un nouveau commencement.
L'objectif principal de la séance est la recherche d'un plan et d'une expérience. Nous définirons la problématique par la suite, en fonction de nos recherches et avancées.
Vient la découverte du théorème de Bernoulli qui régit les pressions des fluides en mouvement. Nous essayons de comprendre ce théorème en commençant par son équation simplifiée. Nous butons car il nous manque des connaissances sur ce nouveau sujet qu'est l'aérodynamique. A approfondir pour la fin de la séance prochaine dernier délai.
Nous trouvons en revanche une multitude d'expériences démontrant ce fameux théorème sur YouTube. Nous en retenons quelques-unes afin de, peut-être, les mettre en application dans notre TPE.

Bibliographie : Internet et notamment Wikipédia. Nous constatons que les articles en français sont assez limités en contenu, Ylann fait appel à Thomas pour les articles compliqués en anglais.

Colloque inter-frontalier TPE/TM au Globe du CERN (13/10/2012) :

Cette présentation des meilleurs TPE et TM de l'année dernière nous a été très utile sur de nombreux aspects. Ainsi, nous (Thomas et Ylann étaient présents) avons vu un modèle de ce à quoi une présentation orale d'un TPE devait ressembler. Pareil pour le dossier écrit. Certains de ceux qui présentaient leurs travaux nous ont donné des conseils sur le timing à  suivre, sur l'organisation du dossier à  rendre, etc.
Cette expérience nous a donc non seulement aidés, mais également motivés.

Séance 1 (19/10/2012) : Lieu : 2h CDI

Apprentissage des nouveaux concepts de l'aérodynamique (ex : pression dynamique et statique, PORTANCE, caractéristiques d'une aile (allongement, courbure, corde...)) nécessaires à  la compréhension des sites et des ouvrages qui traitent de notre sujet.
Pour la semaine suivante, nous nous fixons comme objectif (ambitieux) de comprendre les notions et les termes cités ci-dessus.

Bibliographie : Internet nous est très utile pour ce travail de dégrossissage du sujet. Nous nous servons notamment de Wikipédia (aux mots-clefs cités ci-dessus ; les liens exacts sont situés dans la bibliographie) car la plupart des informations y sont explicitées d'un ou plusieurs schémas que nous serons susceptibles d'utiliser par la suite.  

Séance 6 (25/10/2012) : Lieu : 2h CDI

Nous intègrons Shérif dans notre groupe, le mettant au courant de nos recherches et avancées.

Recherches : Recherche d'un plan détaillé ci-dessous :

  1. Explication théorique du principe de portance
  2. Etude des différents facteurs qui modifient la portance en fonction des différentes phases de vol (décollage, vol stationnaire, vol en vitesse de pointe, freinage et donc atterrissage). Les positions spéciales comme le vol arrière ou sur le dos peuvent être rajoutées. Etude en particulier du rotor.

Un TPE ne devant pas être uniquement théorique, nous devons trouver une expérience/simulation qui étayera une loi physique ou bien sur laquelle notre exposé se basera. Ylann pense tout de suite à  l'achat d'un hélicoptère télécommandé afin de constater des facteurs physiques et éventuellement de les modifier, mais les professeurs ne semblent pas convaincus. Ylann cherchera quand même ce qui pourrait résulter de cet achat.
C'est avec cette idée qu'Ylann se rend au laboratoire des professeurs de Physique. Il se renseigne sur les fonds du lycée dédiés aux TPE : ils sont inexistants. Il faudra faire sans.
Les hélicoptères télécommandés les moins chers s'achètent à  partir d'une cinquantaine d'euros, ce qui reste abordable.

Bibliographie : Visionnage de l'émission C'est Pas Sorcier sur les hélicoptères, ce qui nous apporte beaucoup au niveau de la compréhension générale du sujet. 

Vacances de Toussaint :

Ylann contacte par mail un élève de l'EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne), qui lui fait suivre des liens d'oeuvres bien vulgarisées telles que l' "Aspirisouffle", une BD scientifique expliquant remarquablement simplement le phénomène de portance, une notion clef de notre travail.
Ylann propose que le groupe entier télécharge DropBox, une plateforme en ligne de stockage de données, afin que chacun puisse y ajouter les documents qu'il aura trouvés ou créés. Au fil du temps, plusieurs documents se mettent en place : les éventuelles questions et donc les explications de certaines notions clefs (expliquées aux autres par ceux qui ont travaillé dessus), la distribution du travail de semaine en semaine. C'est ainsi que le carnet de bord est écrit continuellement puis partagé par les trois membres du groupe.  

Séance 7 (16/11/2012) : Lieu : 1h CDI, 1h en classe

Nous récapitulons les informations apprises des documents lus en vacances. Ylann explique quelques notions essentielles pour la compréhension du sujet. Nous recherchons des problématiques, nous commençons à pencher vers une en particulier : Comment varie la portance d'un hélicoptère lors de ses différentes phases de vol ? 

Séance 8 (23/11/2012) : Lieu : 2h CDI

Petits changements de problématique puis confirmation avec M. Caboche en fin de cours. Il trouve qu'elle pourrait être plus explicite mais qu'elle convient très bien comme ligne directrice du TPE. Nous devrons donc la reformuler avant la fin des travaux. Puis viennent les débuts de recherches d'expériences possibles après que des doutes soient émis par les profs sur le plan expérimental. 

Séance 9 (30/11/2012) : Lieu : 1h CDI, 1h en classe

Thomas et Ylann recherchent des informations sur le théorème de Bernoulli pour trouver une formule permettant de calculer à  la fois la portance mais aussi la pression.
Pour la semaine prochaine : Shérif devra avancer les recherches sur le fonctionnement du logiciel X-Foil (logiciel permettant de simuler la portance de voilures, d'ailes, ...) et de son Interface graphique (GUI).
Cependant, pour utiliser X-Foil, il faut rentrer des données sur la pale et ses caractéristiques : il faudra donc les mesurer et calculer. 

Séance 10 (07/12/2012) : Lieu : 2h sur ordinateur au lycée

Mise en commun des idées trouvées pendant la semaine. Nous mettons au point un protocole expérimental à compléter.

Protocole final (avec l'hélicoptère télécommandé de David) :

  1. Evaluer le nombre de tours/minutes des pales : soit en trouvant la puissance du moteur, soit en faisant l'expérience du scotch et avec Audacity.
  2. En déduire la vitesse moyenne de la pale (moyenne de la vitesse de chaque point de la pale).
  3. Calculer théoriquement avec le théorème de Bernoulli la portance créée par cette pale.
  4. Vérifier avec X-Foil
  5. Déterminer théoriquement quel poids de lest il faudrait accrocher à  l'hélicoptère afin que son vol soit stationnaire alors qu'il est à sa puissance maximum.
  6. Vérifier expérimentalement.
Séance 11 (14/12/2012) : Lieu : 2h au lycée

Lieu : Lycée.

Début des expériences : pour aujourd'hui, nous nous fixons de déterminer le nombre de tours/mn de l'hélicoptère sur lequel nous travaillons. Nous effectuons une mesure avec Audacity et un bout de scotch et trouvons diverses valeurs pour chaque puissance délivrée par l'hélicoptère : 8% , 50% et 100%. Le décollage se trouve approximativement à  45%. Nous convertissons ces données en tours/mn. En fin de séance, nous nous rendons compte que l'hélicoptère ne vole plus correctement avec le bout de scotch sur une pale : la portance est affectée et nos données sont donc potentiellement fausses. Il faut trouver un autre moyen de déterminer la vitesse des pales pour la semaine prochaine. 

Séance 12 (21/12/2012) : Lieu : 2h au lycée

Nous continuons notre recherche de la vitesse des pales. Nous avons découvert ce qu'était un stroboscope, il y en a un au lycée. Nous faisons nos expériences entrecoupées de pauses pour recharger l'hélicoptère, afin que sa puissance soit toujours constante (pas de fausses mesures). Cette fois, nous mesurons également le nombre de tours/mn des pales du bas (il y a deux niveaux de pales) afin de comparer les mesures et d'éventuellement constater des inexactitudes, les pales étant censées avoir la même vitesse. On obtient ainsi les vitesses moyennes de la pale suivantes :

  • puissance 8 --> environ 5,75 m/s
  • puissance 50 --> environ 8,5 m/s
  • puissance 100 --> environ 10,3 m/s

Les vitesses des pales du bas sont sensiblement les mêmes.

Séance 13 (11/01/2013) : Lieu : 2h au lycée dont une en salle informatique

La suite des expériences était prévue mais le propriétaire de l'hélicoptère était absent, ce qui nous a amenés à  récapituler les informations apprises pendant les vacances. Nous commençons ensuite à  rédiger le dossier car il ne nous reste que quatre semaines. Nous nous fixons donc la date limite du 20 janvier pour avoir fini toutes les expériences et les avoir interprétées.
Pour la semaine prochaine : fixer le calendrier et les échéances des tâches de chacun. Etablir le dispositif expérimental, continuer à  rédiger le dossier. 

Séance 14 (18/11/2013) : Lieu : 2h au lycée

Nous finissons les expériences avec le stroboscope car il nous manquait une valeur capitale : celle de la puissance du moteur nécessaire au décollage. Cela nous prend 20 minutes.
Le reste de la séance est consacré :

  • A la répartition des tâches et des recherches pour la semaine à  venir.
  • Au calcul de la portance grâce au théorème de Bernoulli.
  • A la présentation des recherches et notions découvertes par chacun des membres : chacun explique aux deux autres ce qu'il a appris.
  • A la présentation du plan détaillé du dossier.
Séance 15 (25/11/2013) : Lieu : 2h au lycée

Nous passons devant les professeurs encadrants pour un oral blanc. C'est très instructif car cela nous permet de nous améliorer et de corriger tant la présentation orale que notre dossier écrit.
Nous recalculons toutes les caractéristiques de la pale car les anciennes devaient sûrement être fausses. 

Séance 16 (01/01/2013) : Lieu : 2h au lycée

Ultimes expériences pour calculer les vitesses une dernière fois, pour voir à  quelle vitesse l'hélicoptère décolle DES (Dans l'Effet de Sol) et HES (Hors Effet de Sol). C’était utile car nous nous rendons compte que la batterie baisse rapidement et donc que les valeurs les plus élevées sont en fait trop basses, car mesurées après.

Puis, nous mettons en commun ce que nous avons rédigé pendant la semaine et le planning des rédactions pour la semaine suivante.

Fin des séances encadrées par les professeurs, nous continuons néanmoins à travailler et à faire des expériences pour étayer nos données. 

Comments

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