Maquette d'un barrage pour produire de l'électricité

25 images, 3 schémas, 4 vidéos - m.à j. le 2 juillet 2008 - Activité proposée pour les défis sciences 2007-2008

Nous devons réaliser une maquette de barrage. Le but est d'alimenter en électricité trois lampadaires miniatures. La chute d'eau ne devra pas dépasser 2 mètres de hauteur, le réservoir 10 litres d'eau.

Pour commencer nous avons fait un essai avec une bouteille de 1,5 L et un tuyau fin de 4 mm de diamètre. La bouteille était placée en hauteur sur l'escalier de secours. Simon, Floria, Thomas et Lucile ont vérifié la hauteur de chute avec une règle. Simon a aspiré l'eau dans le tuyau pour amorcer le siphon. L'eau s'est mise à couler de façon continue.
Constat : le bouteille s'est vidée en environ 4 minutes, l'eau coulait lentement. Nous pensons que le jet ne sera pas assez puissant pour produire de l'énergie électrique.

Débit faible = faible puissance

Nous recommençons l'expérience avec un plus gros tuyau. Celui-ci mesure 13 mm de diamètre intérieur. Nous constatons que le jet est plus fort, c'est à dire que le débit est plus important.
La bouteille se vide en seulement 8 secondes.
Avec un plus gros tuyau, nous obtenons plus de puissance.

Ensuite, nous nous sommes intéressés à l'alimentation des trois lampadaires électriques.

Lucile a apporté une génératrice * de vélo avec 3 ampoules de 1,5 V        (* appelée souvent par erreur dynamo de vélo) :

En faisant tourner la génératrice assez vite, on arrive à allumer une ampoule.
Mais cela demande trop d'effort. La force de l'eau ne suffira pas à l'entraîner.

Le maître a proposé une expérience avec deux moteurs à aimants permanents.

· D'abord il a fait tourner un des moteurs avec une pile. Cela a montré qu'un moteur électrique a besoin d'énergie pour fonctionner.
· Ensuite il a relié deux à deux les fils d'alimentation des moteurs. ( sans la pile )
Il a fait tourner un des deux moteurs à la main, et l'autre moteur s'est mis à tourner lui aussi.

Nous comprenons qu'un moteur de ce type peut produire de l'électricité si on le force à tourner. Il devient alors un générateur de courant.

Nous reproduisons l'expérience avec une ampoule à la place du moteur. Nous constatons que l'ampoule s'allume. Au niveau du générateur, on sent une résistance ; le générateur est freiné à cause de l'énergie produite pour éclairer l'ampoule.

Pour nos travaux, nous utiliserons des diodes luminescentes parce qu'il faut moins d'énergie pour les allumer, en particulier des diodes à haute luminosité, comme celle-ci:

Montage avec un moteur Lego utilisé comme générateur:

Sur l'écran de l'oscilloscope, on voit la courbe du courant électrique produit par le générateur. Un moteur à aimants de ce type employé comme générateur fournit du courant continu: il joue le rôle d'une dynamo.

La turbine à eau

Léa, Emma et Anthony ont eu la responsabilité de construire une turbine. Quelques temps après Pauline les a rejoints pour les aider. Lucile et Emilie ont fait la même chose. La turbine est composée de 8 petites cuillères en plastique collées entre deux roues barillets immobilisées sur un axe meccano.

Confection de la turbine avec des cuillers en plastique et des roues Meccano

  Nous avons fixé une autre roue meccano sur un axe, puis l'avons vissée avec une roue lego qui était sur un axe de la même marque.
Nous testons la turbine sous l’eau. On peut constater que la turbine fait 240 tours en 1 min à vide. Nous répétons l’opération afin de voir si notre mesure est correcte.
Ensuite, nous essayons avec une diode luminescente reliée au générateur lego par deux fils électriques. Nous constatons que la turbine fait beaucoup moins de tours qu’auparavant; elle n’en fait que 160 avec la diode.
Nous constatons que la vitesse a diminué de 80 tours par minute.

80/240 = 1x80/3x80 = 1/3     En charge, la turbine perd un tiers de sa vitesse de rotation.

160/240 = 2x80/3x80    En charge, elle conserve deux tiers de sa vitesse de rotation.

Vendredi 1er février deux professeurs de technologie vont nous rendre visite pour voir le résultat.

Les essais de la turbine à eau sont faits avec 3 diodes luminescentes*, 2 poutres lego, 2 fils en cuivre de 70 cm... Avec du papier abrasif, nous avons frotté les fils pour enlever le vernis. Anthony a soudé les diodes sur les fils. (*Diodes à haute luminosité: 7000 mcd)

Voir la séquence vidéo des essais sans la turbine (format wmv 500 ko)

Voir la vidéo de l'essai (189 ko Format WMV)

format AVI (1,7 Mo)

Nous avons fait notre premier test sans la turbine. Ensuite nous avons testé avec le robinet d'eau et ça marchait. Alors nous l'avons fait dehors et nous avons appris que nous avons fini en premier le "défi sciences".

Léa Pauline et Anthony

Voir la séquence vidéo (625 ko)

 

Schémas réalisés sur Appleworks 5:

Essais sur l'escalier de secours. Hauteur de chute: 2 m

Voir la séquence vidéo (1,7 Mo)

Démonstration en fin d'année le jour de la remise des prix:

Nouveaux essais dans l'escalier: observer la caisse à eau et la conduite forcée

    

Voir la vidéo (777 ko) :

Test de connaissances

Etape suivante: améliorations, tests, mesures.

Trois schémas sur les barrages (année 2003)

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