La voiture du futur en 6ème

05'—Entrée des élèves. 

10'—Début de séance — Répartition des élèves en groupes de niveau homogène car le niveau de difficulté est différent en fonction du moteur sur lequel les élèves travaillent.

20'—Présentation de la situation déclenchante, du cahier des charges, de quelques exemples de véhicules (vidéos) du futur et des consignes de travail pour l'ensemble de la séance.

20'—Dégager les contraintes de la fabrication .

15'—Choix des matériaux, matériels, moteurs cf.fiche de ressources sur la liste des matériaux et matériels

30'—Réalisation du travail de la séance : problématique de l'année - découverte des contraintes.

10'—Rangement du matériel.

10'—Synthèse de fin de séance.

 Contenus possibles (modèle professeur) : Les activités proposées à chaque séance figurent dans ledocument de travail à la disposition des élèves sans les corrections.

Cahier des charges à respecter pour construire la voiture du futur :

— Activité 1 :

Quelle est la technologie automobile la plus adaptée au défis du 21^ème siècle ?

Visualisation des 6 films proposés en indiquant (tableau 1) les avantages et les inconvénients de chaque véhicule ainsi que de la source d'énergie utilisée.

Quelles sont les problèmes des moteurs thermiques de types diesel et essence ? Pourquoi devons-nous imaginer la voiture du futur ?

Les voitures à essence actuelles produisent  du Co2 responsable du réchauffement climatique, et des particules fines qui sont très mauvaises pour la santé.

— Activité 2 :

• Dans un premier temps : Parmi les 6 types de moteurs proposés dans la fiche ressource et en s'aidant des résultats de l’activité 1, les élèves doivent indiquer le moteur qu'il souhaiterait utiliser pour remporter leur défi. Ce type de moteur leur permettra-il de gagner ?
• Dans un deuxième temps, les élèves doivent émettre une hypothèse sur le comportement de leur véhicule :
  • Quelle distance va-t-il parcourir ?
  • Pendant combien de temps va-t-il rouler ?

— Activité 3 :

En utilisant la ressource « ensemble des matériels et matériaux disponibles pour le projet », — cf document — les élèves doivent indiquer les outils, les machines et les matériaux qu'il souhaite utiliser pour  leur projet et justifier de leur choix.

05'—Entrée des élèves.

05'—Début de séance — Présentation de la consigne de la séance - Dessin du train avant du véhicule.

90'—Réalisation du travail 

10'—Rangement du matériel.

10'—Synthèse de fin de séance.

 Contenus possibles :

Problématique : Comment faire tenir les roues sous le châssis ?

Le terme — train avant — correspond à la partie qui va maintenir les roues fixées sur le châssis.

— Activité 4 :

Les élèves doivent utiliser  la « FICHE DE  MÉTHODE RÉALISATION D'UN SCHÉMA »— cf document.

Dans un 1^er temps,  les élèves doivent réaliser un croquis très simple qui permet de comprendre  leur solution technique pour maintenir les roues fixées au châssis. — cf document sur la conception du train avant.

Dans un 2^ème temps, et à partir de ce croquis , ils réalisent un plan comprenant toutes les dimensions qui permettent de  fabriquer leur train avant. 

Compétence évaluée : Domaine 4 - conception, création, réalisation.

05'—Entrée des élèves.

05'—Début de séance — Présentation de la consigne : fabriquer le train avant, du train arrière et le reste du véhicule.

120'—Réalisation des différentes pièces.

10'—Rangement du matériel.

10'—Synthèse de fin de séance.

 Contenus possibles :

— Activité 5 :

Organisation des équipes : Pour chaque équipe, un tableau qui mentionne des responsables pour les différents rôles, est complété :

Important : Tous les élèves doivent utiliser les machines. Ils doivent respecter les consignes de sécurité  et fabriquer un train avant conforme au plan réalisé.

Consigne générale : Le professeur donne aux élèves la matière à utiliser et l'autorisation avant d'aller fabriquer. Les chutes de matières existantes peuvent permettre aux élèves de s'entrainer sur les 3 machines (scie circulaire, thermoplieuse et perceuse) mises à leurs dispositions. Si les machines sont déjà utilisées, l'équipe commence à dessiner le train arrière et la fixation du moteur.

Compétence évaluée : Domaine 3 et 4

05'—Entrée des élèves.

10'—Début de séance : attribution d'un moteur plus ou moins complexe en fonction du niveau de compétences des élèves. En fonction des moteurs distribués, chaque groupe doit formuler une hypothèse sur la réussite du challenge. 

10'—Présentation de la consigne : Dessin du train arrière et du mode de fixation du moteur avec une différenciation :

90'—Assemblage des éléments du véhicule. Les élèves vont tester leurs hypothèses à l'aide des véhicules qu'ils ont fabriqués.

40'—Comparaison des résultats obtenus (sous forme de tableau) pour l'ensemble de la classe. 

30'—Interprétation des résultats et conclusion : le véhicule est-il compatible avec le développement durable ?

10'—Synthèse de fin de séance.

 Contenus possibles :

— Activité 6 :

Les élèves ont toutes les pièces de leur voiture du futur. Ils doivent maintenant visser le moteur et coller les trains avant et arrière.

Comment calculer la vitesse d’un objet ?

La vitesse est le résultat du quotient de la distance parcourue et du temps qui s'exprime en m/s (mètres / temps en secondes) ou km/h (kms / temps en heures).

• Cas de la distance parcourue  en « mètres / temps en secondes »:  Une voiture parcoure 100 mètres en 5 secondes. La vitesse sera de 100 : 5 = 20 m/s
• Cas de la distance parcourue en « km / temps en heures » : Un automobiliste a parcouru les 316 kms qui séparent Paris de Dijon en 4 heures. Pour calculer cette vitesse moyenne, on divisera la distance parcourue par la durée du parcours soit une vitesse de 316 : 4 = 79 km/h.

Mise en place d'un protocole de test du véhicule pour les élèves et consignes :

Phase 1 : Chronométrer le temps  nécessaire pour stocker l’énergie (lorsque c’est possible),
Phase 2 : Chronométrer le temps de fonctionnement du véhicule et mesurer la distance parcourue,
Phase 3 : Reporter les données dans le tableau.

— Activité 7 : 

Les élèves complétent le tableau (en colonne 3 et selon le type de moteur de leur véhicule), tout en sachant que les résultats vont dépendre des essais effectués.

— Activité 8 :

L'animation, proposée par le site  eduMedia, présente le déplacement d'un téléphérique en faisant des « arrêts sur images » toutes les 5 secondes.

Remarque : Cette activité n'est exploitable que si l'établissement scolaire est abonné au Plan numérique pour l'éducation.

Les élèves doivent tester l'animation « Mouvement rectiligne » pour répondre aux questions suivantes :

Mouvement rectiligne :

En observant l'animation et après démonstration par le professeur, les élèves doivent indiquer si la cabine accélère, décélère ou reste contante. Ensuite, ils doivent calculer sa vitesse en m/s selon que : • le curseur est à gauche, la cabine monte : la vitesse est de 1,1 m/s. • le curseur est à droite, la cabine descend : la vitesse est de 1,1 m/s.

Après que les élèves aient comparé leurs résultats avec ceux des autres groupes, ils doivent rédiger un texte pour expliquez au journaliste quel est le projet le  plus adapté  aux enjeux du développement durable ? À cet effet, les élèves disposeront d'une fiche méthode. — cf. document sur les connecteurs logiques. 

Pour réaliser la voiture la plus durable, il faut :

• utiliser des matériaux recyclables, 
• utiliser des matériaux provenant de ressources renouvelables,
• un véhicule le plus léger possible pour minimiser la consommation d’énergie,
• utiliser des sources d’énergie renouvelables,
• tenir compte d'un système de stockage de l’énergie (réservoirs ou piles).

• panneau solaire ne permet pas le stockage de l’énergie,
• moteur électrique et pile ne permettent pas de répondre à la question initiale sachant qu'il n'y a pas d'information sur la durée de rechargement des batteries fournies.

Pour remporter le défi, les 3 autres solutions proposées (air comprimé , hydrogène et voiture avec volant d’inertie) semblent les plus pertinentes.

• Cahier des charges : C’est l’ensemble des contraintes qui permettent de définir un objet technique.

• Vitesse : La vitesse d’un objet peut être constante ou variable.

Si elle est constante, elle reste identique.
Si elle est variable, elle change en cours du temps. En augmentant, le mouvement de l'objet est en accélération, dans la cas contraire, c'est la décélération.

Pour la calculer la vitesse (m/s), il faut établir de quotient : distance parcourue (m) sur le temps (s).

• Énergie :
Les êtres vivants utilisent de l’énergie (l’alimentation). Les objets techniques du quotidien utilisent de l’énergie. L’énergie existe sous différentes formes :  cinétique, solaire, chimique, électrique, pneumatique, etc. Le moteur de la voiture transforme cette énergie en mouvements.

Pour une voiture, l'énergie est stockée au moyen de différents systèmes : réservoir à air comprimé, réservoir à essence, batterie, piles.

• Développement durable (selon le rapport Brundtland, 1987) :

« Un développement durable doit répondre à nos besoins présents, sans que cela empêche les générations du futur de répondre aux leurs ».