COMMENT ASSURER L INDEPENDANCE ENERGETIQUE D UN BATEAU POUR SON ECLAIRAGE ET SES EQUIPEMENTS DE CONFORT

1. COMMENT ASSURER L’INDEPENDANCE ENERGETIQUE D’UN BATEAU POUR SON ECLAIRAGE ET SES EQUIPEMENTS DE CONFORT

2. Programme de la classe de 4ème Les énergies mises en œuvre

3. Les énergies mises en œuvre Il s’agit d’identifier les différents types d’énergie exploités dans le fonctionnement de l’objet technique et de comprendre que le choix des énergies est lié à des contraintes techniques, humaines et économiques. Les activités doivent rester simples et concrètes, toujours en rapport avec les supports étudiés dans le cadre du domaine d’application « confort et domotique ». Elles peuvent donner lieu à des recherches documentaires. Cette approche conduit l’élève à une sensibilisation aux problèmes environnementaux et au développement durable. Elle éclaire le fonctionnement de l’objet technique en abordant la distribution et la gestion de l’énergie dans les objets techniques en prenant en compte les conséquences économiques, sociales et environnementales.

4. Les énergies mises en œuvre

5. Problématique globale de la séquence : Comment produire, gérer et optimiser l’énergie électrique d’un voilier ?

6. DEROULEMENT DE LA SEQUENCE Séance 1 : Nature des énergies utilisées 1 heure 30 Séance 2 : Vérification de l’autonomie énergétique du bateau 1 heure 30

9. 1 - Mise en situation Questions-réponses Activité classe 15 minutes

11. Questions Quel sont les éléments qui consomment de l’énergie, sur un bateau ? A quel moment et à quelle fréquence d’utilisation ? Pistes : éclairage intérieur (lampes) ; éclairage extérieur (sécurité) ; pilote automatique ; appareils de navigation (GPS, radar) ; réfrigérateur.

12. Question Définir les sources d’énergie disponibles en mer. Pistes : Énergies naturelles (vent, soleil, courant d’eau) Énergies embarquées (gaz, électricité, carburant)

13. 2 - Questionnement Questions-réponses Activité classe 10 minutes

14. Question Comment gérer au mieux la consommation électrique sur un bateau ? Pistes : minimiser la consommation (choix des ampoules, …) diversifier les sources d’énergie pour les appareils (électricité ou gaz) renouveler l’énergie consommée

15. 3 - Travail d’investigation Activité en groupes 35 minutes

16. Travail d’investigation Groupe 1 Investigation sur les différents types d’ampoules disponibles et utilisables sur un bateau éclairage intérieur (lampes) ; éclairage extérieur (feux rouge bâbord, vert tribord, blanc arrière, blanc de mat).

19. Travail d’investigation Groupe 2 Investigation sur le pilote automatique comment ça fonctionne ? combien ça consomme ?

22. Travail d’investigation Groupe 3 Investigation sur les sources énergétiques disponibles en mer Pistes : l’éolien le solaire le gaz l’hydrogénérateur pile à combustible à partir de méthanol, …

26. L’hydrogénérateur Un hydrogénérateur fonctionne suivant le même principe qu'une éolienne. La différence vient du fait que l'énergie transformée en électricité ne vient pas du vent mais de la vitesse du bateau. Une hélice est trainée dans le sillage et fait tourner un aimant permanent en suivant exactement le même principe que celui d'une éolienne.Il existe des fabricants proposant des kits de conversion de leur éolienne en hydrogénérateur. Ce type d'équipement est utile dans les allures portantes où le vent apparent est faible. Un hydrogénérateur peut produire 5AH à 5 noeuds soit 60W, ce qui constitue un apport d'énergie intéressant. Les principaux inconvénients sont le temps de mise en place et la perte de vitesse que ce type d'équipement peut occasionner.

27. La pile à combustible au méthanol Une pile à combustible est basée sur le principe de la production d'électricité par combustion de l'hydrogène. C'est donc une pile électrique dont le résidu (déchet) est de l'eau.

28. La pile à combustible au méthanol

29. Travail d’investigation Groupe 4 Investigation sur le stockage de l’énergie électrique Pistes : les différents types de batteries marines (étanches AGM ou Gel) la capacité de la batterie nécessaire comparatif de poids et d’autonomie entre batterie et pile à combustible

32. 4 - Restitution Activité classe 4 x 5 = 20 minutes

33. Chacun des 4 groupes, pendant 5 minutes, restitue le fruit de ses investigations

34. 5 - Synthèse Activité classe 10 minutes

35. Synthèse Donner, en résumé, le schéma bloc de l’autonomie énergétique du bateau

36. Possibilité de représentation schématique élève

37. Représentation sous forme de schéma bloc

38. Déroulement de la séance 1

41. Activité d’un groupe 1 heure 30

42. Les élèves disposent d’une maquette constituée de : une éolienne un panneau solaire un régulateur une batterie des consommateurs

48. Représentation sous forme de schéma bloc

49. Mesures sur les consommateurs Matériel nécessaire sur la maquette de mise en situation des ampoules à incandescence des ampoules fluocompactes des ampoules à led un moteur un voltmètre, un ampèremètre une documentation sur les différents types d’ampoules

50. Calcul de la consommation de nuit Nuit de 8 heures, sans lumière naturelle. Il va éclairer son bateau pendant ce temps avec : 4 feux de navigation 1 lampe de cockpit pendant 8 heures 2 lampes de cabine pendant 3 heures le pilote automatique A partir de ces données et des mesures précédentes, déterminer la consommation pour une nuit de navigation.

51. La météo indique un vent de 15 nœuds, en moyenne. Est-ce que la consommation électrique sera compensée par la production de l’éolienne, durant cette nuit ?

52. Mesures sur l’éolienne dans le système Matériel nécessaire l’éolienne un ventilateur un anémomètre digital

53. Cette navigation se déroule au mois de mai, toutes les lampes sont éteintes à partir de la fin de la nuit. Le vent vient de tomber et le pilote automatique est débranché. Combien de temps faudra-t-il au capteur solaire pour compenser la décharge de la batterie ?

54. Document ressource

55. Fabien CHICHERY, électrotechnique lycée Stéphane COIFFIER, technologie collège