Suivez-nous sur
  • picto-RSS
  • picto-twitter
  • picto-facebook
  • picto-newsletters
  • picto-nous contacter
ac-rouen.fr logo secondaire
les autres sites de l'académie
  • Projet académique,

Utiliser l’eau de ruissellement des toits pour fabriquer de l’électricité

Collège André Siegfried - St Romain de Colbosc

Dix élèves de 3ème, inscrits en option sciences, ont participé au concours C’Génial.

Cette option, encadrée par 4 professeurs du pôle sciences (mathématiques, technologie, SVT et physique chimie), se déroulait 2 heures par semaine. Les élèves étaient suivis par un binôme de professeurs changeant chaque semaine.

Pour débuter le projet, l’équipe pédagogique a choisi le thème du développement durable car le collège a le label développement durable et le thème de l’habitat car il doit être reconstruit à compter de la rentrée 2015.

Les enseignants ont proposé aux élèves un brainstorming, en notant sur un post-it une ou plusieurs idées entrant dans les thèmes précédents.
Puis les idées ont été classées par les élèves.


Faire des économies d’énergie et être autosuffisant en énergie sont les deux grandes idées retenues. A partir d’elles, les élèves ont travaillé en petits groupes de 2 ou 3 pour trouver le thème de leur projet. Un vote a permis de garder le plus intéressant.

Comme la région Normandie est particulièrement pluvieuse du fait de son climat, les élèves se sont demander s’il serait possible de récupérer l’eau de ruissellement des toits pour fabriquer du courant électrique et alimenter ainsi une partie de l’habitation en électricité.
Le modèle de la centrale hydraulique a été une vraie source d’inspiration pour le groupe.


De petits groupes de 2 ou 3 élèves se sont alors constitués selon leurs centres d’intérêt.

L’un des groupes s’est occupé de la conception d’une turbine pour leur futur prototype. Un logiciel de CAO et une imprimante 3 D récemment acquise par le collège a été le point de départ de la conception de cette turbine. La maîtrise du logiciel de l’imprimante a demandé un certain temps ce qui a allongé le délai de fabrication.

De plus, la première turbine était trop grande et ne tournait pas assez vite. La fabrication d’une turbine plus petite de 20 cm de diamètre a pris 16 heures (voir la photo ci-dessous).

.
Un autre groupe s’est occupé des calculs d’énergie produite avec un tel système et du rendement avec un débit d’eau donné.

Le dernier groupe s’est occupé de la communication dans le collège mais aussi sur internet en créant un blog.

La réalisation

Deux systèmes ont été imaginé : l’un comporte un réservoir ce qui permet de récupérer l’eau et d’avoir un débit d’eau plus régulier et l’autre envoie directement l’eau de pluie sur la turbine comme le montre les deux schémas ci-dessous.
Premier système avec réservoir.

Dans les deux cas, la turbine est reliée à un alternateur qui va convertir l’énergie de rotation en énergie électrique. Les élèves envisagent de stocker l’électricité dans des batteries pour être utilisée à la demande.
Un premier prototype a été construit sans le réservoir (voir la photo ci-dessous).


Le rendement de la turbine a été évalué en réglant le débit d’un robinet de telle sorte qu’il corresponde à une forte pluie de 35 mm sur 24h (données de Météo France relevées en 2014). Pour cela, les élèves ont mesuré la tension et l’intensité produites par la turbine à l’aide d’un multimètre. Ils ont calculé la puissance théorique obtenue avec ce système et ils ont réussi à obtenir un rendement de l’ordre de 60 %.

Ils ont pu également allumer une diode électroluminescente (DEL) en réglant le débit de l’eau de sorte qu’il corresponde à une précipitation de 29 mm en 24 heures.

Ce projet enrichissant s’intègre parfaitement dans le programme de physique chimie de 3ème qui porte sur la conversion de l’énergie de position en énergie cinétique puis de l’énergie cinétique en énergie de rotation et enfin de l’énergie de rotation en énergie électrique grâce à l’alternateur.

La construction de la maquette leur a permis de voir concrètement ce qui se passait. Ils se sont interrogés pour l’améliorer et pour trouver des solutions aux différents problèmes rencontrés.
Des affiches ont également été réalisées ce qui leur a demandé de faire un gros effort de synthèse et de communication.

Ils ont également appris à s’exprimer à l’oral devant un jury. Les questions posées devaient être comprises et les réponses argumentées en utilisant le vocabulaire approprié.

C’est aussi un projet pluridisciplinaire qui a permis aux élèves de profiter des approches différentes et complémentaires de leurs professeurs.

En tant que professeur, nous avons aussi eu l’occasion de travailler entre collègues du pôle sciences ce qui nous a permis de découvrir des technologies ou des pratiques qui nous étaient peu ou pas connues.

Isabelle Masson,
Professeur de Physique Chimie
Collège André Siegfried

publié le 20 avril 2015
http://www.ac-rouen.fr/academie/politiques-educatives/sciences-et-technologie/utiliser-l-eau-de-ruissellement-des-toits-pour-fabriquer-de-l-electricite--110976.kjsp?RH=REC-SCI-TECHNO