| PLACE DE L’ACTIVITÉ | |
| Niveau concerné | 1ère spé |
| Place dans le programme | La structure du globe terrestre / L’apport des études sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre |
| Place dans la démarche / séquence | Les élèves savent déjà que les croutes terrestres et océaniques diffèrent par leur composition, leur comportement vis à vis des ondes sismiques, leur épaisseur… Nous sommes désormais dans la tectonique interne. |
| Mots-clés | Conduction – Convection – Modélisation – Critique de modélisation – Tectonique – Gradient géothermique. |
Modélisation conduction/convection en 1ère Spécialité – TraAMs 2023/2024
La qualité de l’air et ma santé – pollution aux particules fines – TraAMs 2023/2024
par Fabrice Mourau
| RÉSUMÉ |
| A l’aide d’une carte Arduino, les élèves assemblent un instrument de mesure des particules fines dans l’air de la salle de classe et dans une enceinte. Les valeurs mesurées permettront de démontrer l’origine des particules fines, notamment les PM2.5 qui sont les plus dangereuses pour la santé. Enfin, une réflexion menée à l’échelle du territoire amènera les élèves à réfléchir (1) sur leur propre exposition au risque et (2) sur les enjeux de développement durable liés à la dégradation anthropogénique de la qualité de l’air. |
Activité Albédo – TraAMs 2023/2024
par Philippe Petit
| RÉSUMÉ |
| Dans cet article, on propose à l ‘élève de découvrir expérimentalement la notion d’albédo par ExAO son impact sur le réchauffement climatique et la mise ne place de stratégies d’adaptation et d’atténuation en utilisant des déchets recyclés |
| PLACE DE L’ACTIVITÉ | |
| Niveau concerné | Cycle 3, classe de 6° |
| Place dans le programme | Partie :La Terre une planète peuplée par des êtres vivants. Connaissances et compétences associées :La terre une planète active qui abrite la vie
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| Mots-clés | Albédo, recyclage des déchets, ExAO, luxmètre |
| OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES | |
| Notions fondamentales mobilisées | Comprendre l’importance de l’albédo dans le réchauffement climatique |
| Compétences travaillées ( en lien avec socle collège- celles des préambules des programmes en lycée) | Domaine du socle 1 :
➢ Rendre compte des observations, expériences en utilisant un vocabulaire précis. Domaine du socle 2 : ➢ Organiser une réalisation expérimentale . Domaine du socle 4 : ➢ Formuler une problématique scientifiques
➢ interpréter un résultat et en tirer une conclusion
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| Compétence du cadre de référence des compétences numériques
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Domaine 1 : Informations et données Compétence 1-3 Traiter des données |
| MODALITÉS | |
| Durée indicative | 1h00 |
| Matériel nécessaire | Poste informatique, luxmètre, logiciel RISC, 2 lampes, photocopie couleur de toiture blanche et terre cuite |
| DESCRIPTION DU SCÉNARIO / ACTIVITÉ
A partir d’un document d’accroche de presse présentant l’utilisation de peinture blanche, issue de la récupération de coquille d’huître, pour peindre les toitures on demande à l’élève de formuler une problématique à cette observation. |
| PISTES D’ÉVALUATION : toutes ces compétences ne seront pas évaluées lors de la séance. Le professeure effectuera des choix selon la progressivité suivie.
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| LIENS |
| Télécharger la fiche de l’activité ici |
Mesurer la luminosité avec une photorésistance et une carte Arduino-TraAMs 2023/2024
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RÉSUMÉ |
| Dans le cadre du projet expérimental et numérique mené par les élèves de première enseignement scientifique , il est suggéré l’utilisation de capteurs associés à un microcontrôleur. Un groupe d’ élèves du lycée international de Valbonne a étudié à l’aide de photorésistances et de microcontrôleur ARDUINO la pollution lumineuse au sein de l’établissement. |
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PLACE DE L’ACTIVITÉ |
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| Niveau concerné | Première Enseignement Scientifique |
| Place dans le programme | Projet expérimental et numérique |
| Place dans la démarche / séquence | Démarche de projet |
| Mots-clés | Capteur, microcontrôleur ARDUINO |
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OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES |
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| Attendus de fin de cycle /Notions fondamentales mobilisées | Le projet expérimental et numérique s’articule autour de la mesure et des données qu’elle produit. L’objectif est de confronter les élèves à la pratique d’une démarche scientifique expérimentale, de l’utilisation de matériels ( capteurs et logiciels). Il peut dans certains cas revêtir trois dimensions :
– utilisation d’un capteur éventuellement réalisé en classe, – acquisition numérique de données – traitement mathématique, représentation et interprétation de ces données |
| Compétences travaillées ( en lien avec socle collège- celles des préambules des programmes en lycée) | – Formuler et résoudre une question
– Concevoir et mettre en œuvre un protocole – Coopérer et collaborer dans une démarche de projet – Apprendre à organiser son travail – Communiquer sur ses démarches, ses résultats et ses choix, en argumentant – Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique – Comprendre les responsabilités individuelle et collective en matière de préservation des ressources de la planète ( biodiversité). |
| Compétence du cadre de référence des compétences numériques | -Programmer (microcontrôleurs, capteurs)
-Enregistrer et traiter des données pour répondre à une problématique. |
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MODALITÉS |
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| Durée indicative | 9-12 h |
| Matériel nécessaire | – Une carte Arduino UNO (et son câble USB),
– Un data logger avec carte SD – Une photorésistance de 1Mohms (de diamètre 3mm ou 5mm), – Une résistance de 10K ohms (marron / noir / orange), – Une plaque d’essai et des fils pour câbler le montage. – Un ordinateur avec le logiciel ARDUINO – Une batterie à piles |
| Prérequis | Programme de SNT :
– Ecrire des programmes simples d’acquisition des données d’un capteur – Traitement de données structurées ( fichier csv) |
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DESCRIPTION DU SCÉNARIO L’idée de ce sujet est apparue suite à la mise en place, par la mairie de Valbonne Sophia Antipolis, de mesures destinées à limiter l’éclairage public la nuit afin de préserver la biodiversité comme indiqué dans le plan ci-dessous.
Les élèves se sont donc demandés ce qu’il en était de l’éclairage la nuit au CIV sachant que le CIV se situe juste à côté du parc départemental de la Bouillide. Travail préliminaire en classe Objectif : comprendre ce qu’est un microcontrôleur, réaliser un montage et un programme simple permettant de mesurer la luminosité. Matériel nécessaire pour le montage
Une photorésistance est un composant dont la résistivité dépend de la luminosité ambiante. Quand une photorésistance est éclairée, sa résistance diminue. On peut donc utiliser une photorésistance pour mesurer la luminosité ambiante. Schéma du montage :
Photographie du montage réalisé en classe sur la carte Arduino est branché un data logger avec carte SD pour enregistrer les données sur le terrain :
Programmer la carte Arduino Le programme simple pour le logiciel Arduino ici Les élèves peuvent ensuite tester leur montage. Ils peuvent faire varier la luminosité autour de la photorésistance et observer en direct les résultats sur l’écran de l’ordinateur.
Travail sur le terrain Le montage réalisé en classe est placé dans un récipient transparent avec un couvercle transparent hermétique. On branche la carte Arduino à une batterie à pile.
Le programme est plus complexe, il intègre dans le programme le code pour :
Les programmes réalisés par Fabrice Mourau :
Les élèves ont réalisé deux mesures sur un peu plus de 12h.
Traitement des données : A l’issue des mesures, on récupère les données sur la carte SD sous forme de fichiers csv.
Les élèves ont pu constater que la luminosité moyenne la nuit entre 21h30 et 6h30 dans une zone éloignée d’un lampadaire est d’environ 60 U.A. Tandis que la luminosité moyenne la nuit entre 21h30 et 6h30 sous un lampadaire est de 430 U.A. |
| CONCLUSION – OUVERTURE – ESPRIT CRITIQUE |
Les élèves ont ainsi pu déduire que les lampadaires situés à l’internat restaient allumés toute la nuit.
Ils ont présenté leurs résultats aux responsables de l’internat. On leur a expliqué que les lumières devaient rester allumées au niveau de l’internat pour des questions de sécurité.
Ils ont donc ensuite prolonger leur réflexion en recherchant des solutions au niveau des types d’éclairages (ampoules, types de lampadaires) qui pourraient avoir le moins d’impact possible sur la biodiversité.
| PISTES D’ÉVALUATION |
Evaluation du projet numérique (Démarche, travail collaboratif et présentation orale)
Mesurer l’humidité et la température du sol avec un capteur d’humidité et une carte Arduino
| RÉSUMÉ |
| Activité pour les secondes dans le cadre du thème 2 : « les enjeux contemporains de la planète – Vers une gestion durable des agrosystèmes ». Démarche expérimentale visant à rechercher et tester des solutions permettant de limiter la consommation d’eau pour l’arrosage des cultures. |
Fabrication de modules éducatifs pour Arduino – TraAMs 2023/2024
Par Fabrice Mourau
Afin de faciliter la manipulation des cartes Arduino en classe, il est préférable de travailler sur des bancs d’expérimentation sur lesquels on aura fixé les composants de base à tout montage : la carte Arduino UNO, un écran LCD et une breadboard.
Figure 1 : montage expérimental réalisé en classe afin de mesurer les émanations de COV émises par différentes fournitures scolaires.
Matériel nécessaire :
L’achat de matériel peut se faire par les fournisseurs « classique » de matériel électronique pour les établissements scolaires. Hors-capteurs, le coût s’élève à 45 euros environ par banc. En passant par les fournisseurs de discount asiatiques, on peut facilement réduire le coût de revient par 2 mais il faudra trouver une astuce pour réaliser la commande en ligne (établissement qui ont une CB, FSE…).
Liste d’achat :
La liste de matériel ci-dessous permet de monter les bancs Modul’éduc mais ne comprend pas le prix des capteurs.
Matériel à acheter pour chaque banc
- Carte Arduino UNO (13-25€)
- Ecran LCD (2-8,5€)
- Breadboard Tiny (0,8-4,4€)
- Petite boite plastique (2€)
- Planchette Medium (0,5€)
Pour l’ensemble des bancs:
- prévoir 2 packs de connecteurs Dupont (mâle-mâle et mâle-femelle) – (6-20€)
- kit d’entretoises plastique M3 pour tout fixer sur la planche (10€)
Capteurs :
Le prix d’un capteur dépend de ce qu’il mesure et de sa précision. En général, plus un capteur est cher et plus il est précis mais heureusement l’expérimentation en classe ne nécessite pas toujours une grande précision, tout dépend de ce qui est mesuré.
Montage des bancs Modul’éduc
Ces bancs s’inspirent des modules pédagogiques pour mesurer la qualité de l’air en classe distribués par AirCarto. Ils sont constitués d’une planchette de médium au format A5 et de 6 mm d’épaisseur sur laquelle on aura fixé une carte Arduino UNO, une breadbord au format tiny, un écran lcd 16X2 caractères (avec module de communication I2C) et une petite boite hermétique trouvée en magasin discount. Les composant peuvent être collés à la colle chaude ou mieux être fixés par des entretoises plastiques au format M3.
On place les composants à la surface de la planchette et on marque au feutre l’emplacement des trous à réaliser. On perce à l’aide d’une mini-perceuse avec un forêt de 3mm, puis on fraise l’envers de chaque trou pour pouvoir insérer les têtes de vis.
Si le temps de fabrication des modules peut sembler long, il vous fera gagner énormément de temps dans la gestion et l’utilisation de vos cartes Arduino. Les boites en plastique servent à stocker le matériel et les capteurs. Le contenu de chaque boite est contrôlé par l’enseignant avant le TP et l’attribution d’un kit numéroté à un groupe identifié permet d’assurer la traçabilité du matériel prêté aux élèves.
Figure 2 : Un banc d’expérimentation Arduino Modul’éduc. les éléments sont placés suffisamment proches les uns des autres pour pouvoir facilement les relier entre-eux à l’aide de connecteurs Dupont.
Alimentation électrique
Les modules peuvent-être alimentés par le port USB, le connecteur rond avec un module à pile. La solution la plus simple est de connecter le montage à un port USB d’ordinateur en salle informatique. cette solution permettra aussi de programmer la carte. En salle non informatisée, des transformateurs au format « chargeur de téléphone » permettront sans problème d’alimenter les montages. L’enseignant devra cependant veiller à programmer par avance chaque carte Arduino.
Figure 3 : Différentes possibilités d’alimentation électrique du module.
Certains modules peuvent être spécialisés en préfixant sur eux des capteurs plus volumineux comme les SDS011 (mesure des particules fines en suspension dans l’air) ou en intégrant les modules de mesure des gaz directement à la boite en plastique qui servira donc d’enceinte).
Figure 4 : un capteur de dioxyde de carbone a été intégré au fond de la boite plastique du Modul’éduc pour l’utiliser comme enceinte respiratoire avec les élèves de cycle 4 qui placent des Ténébrions meuniers dans l’enceinte.
Programmer une carte Arduino – TraAMs 2023/2024
Par Fabrice Mourau
Figure 1 : En 2020, les élèves du collège Pierre de Coubertin écrivent le code d’affichage du logo EduMed qui s’affichera au démarrage de tous les Edushields et Modul’éducs.
La programmation des cartes Arduino se fait par l’intermédiaire d’un logiciel gratuit disponible sur la plateforme Arduino : l’IDE ou environnement de développement intégré. Il est disponible au au téléchargement sur cette page : Cliquer ici
Figure 2 : Télécharger la version du logiciel qui correspond à votre système d’exploitation
Au moment où cet article est rédigé, c’est la version 2.3.2 du logiciel qui est disponible. Elle remplace la version 1.3.2 qui est souvent installée dans les collèges et lycée de l’académie de Nice (dans les collèges du Var, dans les applications de technologie sur le réseau pédagogique). Si l’affichage a été modernisé entre les 2 versions, l’ergonomie et les fonctions restent les mêmes et ce tutoriel sera réalisé à partir de la version la plus récente. Je laisse ici un ancien support réalisé dans le cadre d’une formation qui explique comment fabriquer un thermomètre en utilisant l’ancienne itération du logiciel IDE : télécharger ici.
Etape 1 : paramétrer le logiciel
Après avoir installé l’IDE Arduino, il faut connecter la carte à l’ordinateur avec la prise USB, puis lancer le logiciel.
Le logiciel va proposer des mises à jour des bibliothèques, il faut systématiquement refuser jusqu’à ce que vous soyez devenu suffisamment expert pour les gérer.
en premier (figure 2), il faut passer le logiciel en français, puis dans le menu outil choisir le type de carte (figure 3) et le port utilisé (figure 4). Enfin, on sélectionne la carte reconnue dans le menu déroulant au dessus de la fenêtre de texte (figure 5).
Figure 2 : Pour paramétrer l’IDE en Français, aller dans le menu Fichier(1), puis préférences changez la langue pour Français (2). Pour vidéoprojeter en classe l’IDE, changez l’échelle d’affichage (3), la taille de police par défaut est bien trop petite?
Figure 3 : Dans le menu outil, on choisit la carte Arduino Uno..
Figure 4 : … et le port sur lequel on a branché la carte.
Figure 5 : enfin on choisit la carte dans la liste et on est prêt à travailler !
Etape 2 : ouvrir un fichier .ino et installer les bibliothèques
Dans cet exemple, nous allons télécharger puis ouvrir le fichier nommé qui permet de réaliser la première activité de Météo des école, il est nommé code_DS18B20_moduleduc.zip et on le télécharge en cliquant ici.
Il faut déziper le fichier, l’ouvrir avec l’IDE Arduino et l’enregistrer dans vos documents. Le logiciel va vous demander automatiquement de créer un répertoire dans lequel sera placé votre fichier ino
Une fois ouvert, le code de programmation en langage C va s’ouvrir dans la fenêtre éditeur de texte de l’IDE (Figure 6).
Figure 6 : On voit que plusieurs bibliothèques sont nécessaires pour l’exécution du programme.
Les bibliothèques sont des bouts de programme rédigées spécifiquement pour contrôler certaines fonctions et composants. Certains vont permettre de programmer facilement les capteurs (ex: <DallasTemperature.h> gère le capteur de température) et d’autres les protocoles de communication.
De nombreux développeurs informatiques écrivent d’encore plus nombreuses bibliothèques qui ne sont pas forcément compatibles les unes avec les autres. La mise à jour des bibliothèques constitue la principale source de bug des programmes Arduino. Nous fournirons avec chaque programme les bibliothèques nécessaires pour son bon fonctionnement et il ne faudra installer qu’elles.
La bibliothèque Wire est déjà intégrée à l’IDE, elle permet de communiquer sur l e bus I2C qui dans notre exemple contrôle l’écran LCD. L’installer n’est pas nécessaire. Par contre il faut télécharger ces 3 bibliothèques qui gèrent :
Une fois téléchargées, les bibliothèques doivent être installées dans le logiciel IDE. Dans le menu croquis, on séléctionne « Importer une bibliothèque », puis ‘Ajouter la bibliothèque .ZIP… » (Figures 7 et 8)
Figure 7 : On va chercher les bibliothèques téléchargées au format compressé .zip dans le dossier de téléchargement de l’ordinateur et on clique sur ouvrir.
L’IDE va automatiquement décompresser les fichiers et les installer dans le répertoire Documents/Arduino/libraries (librairies = bibliothèque en anglais). Cela fonctionne donc aussi pour les élèves qui ont les droits d’accès en écriture sur le répertoire « Documents » dans leur espace sur le réseau pédagogique.
Etape 3 : Téléverser le programme dans la carte Arduino
Figure 7 : Dans un premier temps, nous allons vérifier la validité du programme, pour cela, il faut compiler le programme (1) et vérifier qu’aucun message d’erreur ne s’affiche dans la console (2). Enfin, téléverser le programme dans la carte (3).
Une fois le programme télévisé dans la carte, il est mémorisé dans le microcontrôleur et la carte peut-être débranchée. Ainsi, un enseignant peut préparer les cartes de ses élèves qui n’auront dans un premier qu’à faire le montage et réaliser l’activité.
Nous verrons plus loin que les élèves de cycle 4 pourront modifier certains paramètres du programme et commencer à entrer dans les étapes de codage.
Mesurer les variations de température dans l’eau d’une mare pédagogique avec un capteur de température et une carte Arduino -TraAMs 2023/2024
| RÉSUMÉ |
| Dans le cadre du projet expérimental et numérique mené par les élèves de première enseignement scientifique , il est suggéré l’utilisation de capteurs associés à un microcontrôleur.
Un groupe d’élèves du lycée international de Valbonne a travaillé sur les paramètres physico-chimiques de la mare pédagogique du CIV et notamment sur les variations de température de l’eau à l’aide d’un capteur de température et d’un microcontrôleur Arduino. |
Une application pour simuler la cinétique de l’hydrolyse de l’amidon
par Fabrice PELLEGRIN
Le logiciel « Hydrolyse de l’amidon », écrit en HTML5, est utilisable sur tous les supports.
Il permet de simuler la réalisation d’expériences sur la catalyse enzymatique et chimique de l’amidon en faisant varier les conditions de pH et de température.
De nouveaux modèles de tomographie sismique dans Tectoglob3D
par Philippe Cosentino
La tomographie sismique permet, à partir des écarts de vitesse de propagation des ondes sismiques, de mettre en évidence la présence d’anomalies thermiques dans le manteau.
Depuis mars 2024, Tectoglob3D propose un nouveau modèle de tomographie qui donne des résultats exploitables aussi bien dans des contextes de convergence et de divergence.
Cet article fait le point sur ces modèles, et leur intégration dans Tectoglob3D.
