Compétences : Rechercher et décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée.

1. Situation problème Nous sommes contraints aujourd’hui à utiliser des systèmes de production d’énergies renouvelables qui transforment

les sources d’énergies primaires naturelles telles le vent (énergie éolienne). L’éolienne transforme l’énergie du vent en électricité.

Question 1 : Remplissez le tableau suivant en vous aidant des vidéos ressources sur les trois différentes éoliennes :

Repère pour l'ensemble des 3 types d'éoliennes

1 Donnez les axes pour cha-cune des mobilités ? (rotation)

2

Si le vent change de direc-tion tout le temps. Quel est le modèle qui risque de poser problème? (croix dans la bonne case)

3 Quelle est l’éolienne qui présente le plus de mobili-té (rotation) ? (croix dans la bonne case)

4 Quelle est l’éolienne qui vous semble la plus com-plexe à réaliser ? (croix dans la bonne case)

Explication complémentaire:

Une pièce libre dans l'espace possède 6 mouvements possibles (on parle de degré de liberté) : il y a 3 translations et 3 rotations réparties sur les 3 axes X, Y, Z. Soit une translation et une rotation par axe.

Travail demandé : Après avoir lu le cahier des charges de notre éolienne « CDC éolienne » et visionnez les 3 vidéos sur

les éoliennes à axe verticale et horizontale. Répondez à la question suivante :

Question 2 : Quelles conclusions tirez-vous de l'étude des 3 éoliennes ? Quels sont donc les 2 modèles qu'il vous semble

préférable de réaliser ? (justifiez votre réponse )

Compétences : • Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction.

• Décrire sous forme schématique, le fonctionnement de l’objet technique. • Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informa-

tionnel d’un objet technique.

1. Situation problème Nous sommes contraints aujourd’hui à utiliser des systèmes de production d’énergies renouvelables qui transforment

les sources d’énergies primaires naturelles telles le soleil, le vent, les rivières etc. en énergies utilisables. L’éolienne fait

partie de ces systèmes. Mais quelle est la fonction principale d’une éolienne ? Comment la représenter de

façon simple ? C’est ce que vous allez voir ici.

2. Travail demandé – Fonction principale d’une génératrice Une éolienne est basée sur le principe d’une génératrice de courant électrique. On va donc, dans un premier

temps, représenter une génératrice sous forme fonctionnelle, en nous intéressant à sa fonction principale.

Nous ferons ensuite le même travail pour l’éolienne.

Dans un premier temps, regardez bien le schéma ci-dessous (vous pouvez également visionner le fichier

« FT_animer_eolienne ») et essayer de comprendre ce qui se passe. Puis, vous répondrez aux questions.

Maquette de la génératrice

Cochez la bonne proposition :

Question 1 : Quelle est l’énergie d’entrée fournie de la génératrice ci-dessus ?

• Energie électrique

• Energie mécanique musculaire.

• Energie thermique.

• Energie chimique.

• Energie de rayonnement.

Question 2 : Quelle est l’énergie de sortie restituée par ce système ?

• Energie électrique

• Energie mécanique musculaire.

• Energie thermique.

• Energie chimique.

• Energie de rayonnement.

Question 3 : Quelle est la valeur ajoutée par le système (que fait-il sur l’énergie d’entrée) ?

• Déplacement.

• Transformation.

• Stockage.

• Traitement.

TRANSFORMER UNE ENERGIE

MECANIQUE MUSCULAIRE EN

ENERGIE ELECTRIQUE

Energie

mécanique

Energie

électrique

Energie d’entrée Energie de sortie

GENERATRICE

Représentation fonctionnelle

de la génératrice

Question 5 : Quelle est la fonction de l’axe de manœuvre et de la roue dentée ?

• Soulever la maquette.

• Transformer l’énergie musculaire en énergie mécanique de rotation et la transmettre au rotor.

Question 6 : Quelle est la fonction du pignon du rotor ?

• Diminuer la vitesse de rotation des aimants.

• Augmenter la vitesse de rotation des aimants.

Sous-ensemble 2 : ROTOR

Question 4 : Compléter le bloc fonctionnel de la génératrice ci-dessous en plaçant les énergies d’entrée et de sortie puis en précisant dans le cadre sa fonction principale (ce que fait le système) en commençant par un verbe à l’infinitif.

Question 7 : Quelle est la fonction de la bobine du stator ?

• Transformer l’énergie mécanique de rotation du rotor en énergie électrique.

• Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique.

Question 8 : En déduire la représentation fonctionnelle de la génératrice ci-dessous en plaçant les énergies d’en-trée et de sortie puis en précisant dans chaque cadre la fonction technique réalisée (ce qui est fait sur l’entrée) en commençant par un verbe à l’infinitif.

Transformer en

énergie

mécanique de

rotation et

transmettre

Augmenter la

vitesse de

rotation des

aimants

Transformer l’énergie

mécanique de rotation

du rotor en énergie

électrique

Axe de manœuvre

+ roue dentée

Rotor

Stator

Energie

mécanique

musculaire

Energie

électrique

Frontière de l’ensemble génératrice

3. Travail demandé – Fonctions techniques d’une éolienne

Nous souhaitons à présent faire le même travail mais pour l’éolienne que nous allons fabriquer, en nous appuyant sur le travail précédent. Vous avez à votre disposition pour vous informer : • ci-contre en images, le découpage de notre éolienne en sous-ensembles fonctionnels et une vue de l’éolienne montée, • la vidéo du modèle 3D de notre éolienne en fonctionnement.

Ensuite, répondez aux questions

Sous-ensembles fonctionnels

Compétences : • Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction.

• Décrire sous forme schématique, le fonctionnement de l’objet technique. • Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informa-

tionnel d’un objet technique.

Sous-ensembles fonctionnels montés

(sans le boîtier ni le mât)

Question 9 : Quel paramètre a changé entre la géné-ratrice et l’éolienne ? Cochez la bonne proposition :

• L’énergie de sortie n’est plus électrique.

• L’énergie d’entrée est toujours mécani-que mais plus musculaire.

• L’énergie d’entrée n’est plus mécanique.

Question 10 : Décrivez en quelques mots

ce qui a changé.

Question 11 : Déduisez du travail précédent la représentation fonctionnelle de notre éolienne et complétez les

blocs ci-dessous. Ceci nous montrera une décomposition en fonctions techniques de la fonction principale de

l’éolienne étudiée préalablement.

Transformer en

énergie

mécanique de

rotation et

transmettre

Augmenter la

vitesse de

rotation des

aimants

Transformer l’énergie

mécanique de rotation

du rotor en énergie

électrique

Rotor

Stator

Energie

mécanique

musculaire

Energie

électrique

Frontière de l’ensemble génératrice

La fonction principale de notre éolienne est : « FP1 : Transformer l’énergie mé-

canique du vent en énergie électrique ».

Dans cette activité, vous avez décomposé cette fonction principale en fonctions

techniques. Vous en avez déterminé trois :

• FT1.1 : Transformer en énergie mécanique de rotation et transmettre, • FT1.2 : Augmenter la vitesse de rotation des aimants, • FT1.3 : Transformer l’énergie mécanique de rotation du rotor en énergie élec-

trique.

En outre, vous avez remarqué que chaque fonction technique est assurée par un ensem-ble de constituants. Nous les avons nommés sous-ensembles fonctionnels, car cha-cun assure une fonction. Ces sous-ensembles sont :

• Captage du vent qui assure la fonction technique FT1.1, • Rotor qui assure la fonction FT1.2, • Stator qui assure la fonction FT1.3. Ceci vous a permis de représenter une décomposition de la fonction principale sous forme de

blocs fonctionnels :