1° Ens Scientif – Projet numérique

Préalable

Tous les composants électroniques (microprocesseurs, capteurs, etc.) sont regroupés sur une carte électronique et sont omniprésents dans notre environnement quotidien, par exemple dans nos smartphones. Pour comprendre le monde numérique qui nous entoure, il est donc important de savoir comment un microprocesseur présent sur une carte permet de réaliser l’acquisition puis le traitement des données recueillies par ses capteurs. Expérimenter en utilisant des capteurs, programmer une carte électronique, utiliser des consoles d’acquisition, enregistrer puis traiter des données, répondre à un cahier des charges, etc. sont autant d’étapes possibles au déroulement d’une démarche de projet.

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Nature du projet

Travail par groupes de 3

Nécessité d’une expérimentation.

Nécessité d’un traitement numérique.

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L’épreuve finale

Elle sera comptabilisée dans le Baccalauréat pour un coefficient important.

L’épreuve consiste à présenter votre projet devant un jury. Dans une deuxième partie, le jury vous posera des questions sur votre projet.

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Quelques sujets proposés

THEME SUJET OBJECTIF CAPTEURS MATERIEL LIVRE
1

 

 

LA

 

M

A

T

I

E

R

E

Etude d’un cristal Etablir la carte d’identité d’un cristal Thermomètre conducteur électrqiue   Bordas p 49
La radioactivité dans notre environnement Fabriquer un compteur de radioactivité Tube Geiger-Müller carte Arduino Microscope cristaux Bordas P29
La vie microscopique en mouvement Etudier les mouvements microscopiques et les facteurs qui les influencent   Microscope

 

Cellules

Mesurim

Bordas p 67
Réalisation et utilisation d’un capteur de densité cellulaire Quantifier une densité cellulaire par capteur spectrophotométrique Spectrophotomètre Levures Didier p 58
La composition du miel Etudier la cristallisation du miel Microscope polarisant   Didier p 59
Impact de la salinité des eaux sur les artémias (petits crustacés des marais salants) Influence du pH, de la température, du dioxygène, de la salinité pH-mètre, thermomètre, sonde O2, conductimètre   LE LIVRE SCOLAIRE p263
Les marais salants et la cristallisation du sel Modéliser un marais salant et tester l’effet des conditions climatiques sur la formation des cristaux de sel Thermomètre, hygromètre, anémomètre

 

Carte Arduino

  Hachette p60
Faire beaucoup de mousse Analyser les paramètres qui favorisent la formation de mousse (dureté de l’eau, quantité de produit moussant, T° de l’eau..)   Logiciel Mesurim Hachette p61

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2

 

 

LE

 

S

O

L

E

I

L

La mobilité grâce au soleil Réaliser une station de rechargement solaire Luxmètre carte arduino boussole Bordas p 89
La lutte contre le réchauffement climatique Etudier les enjeux de la capture et du stockage du CO2 Sonde CO2 Culture d’algues

 

Mesurim

Microscope pola

Bordas p 107
Protéger notre corps de la chaleur excessive Etudier les effets de différents tissus dans les échanges thermiques entre le corps humain et l’environnement Thermomètres différents vêtements Bordas p 143
La science au service de l’agriculture et des jardiniers Rechercher les conditions idéales de développement d’une plante cultivée Thermomètre Sonde CO2 luxmètre… plantes Bordas p127
Le luxmètre Création d’un luxmètre Carte arduino photorésistance   Didier p122
Construire un puits de carbone Estimer l’efficacité d’un puits de carbone artificiel Sonde CO2 Algues Didier 123
  L’eau un tampon thermique Etudier l’effet des masses d’eau sur la température de l’air

 

Fabriquer un capteur thermique

Arduino, capteur thermique résistifs type CTN   Hachette p 118
  Les variations de la température cutanée Etudier les variations de la température cutanée dans différents contextes

 

Fabrication et utilisation d’un capteur thermique

Arduino, capteur thermique résistifs type CTN   Hachette p 119

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3

 

LA

 

T

E

R

R

E

Sur les pas d’Eratosthène Déterminer expérimentalement le rayon de la Terre     bordas P 165
Les cadrans solaires Exploiter les mouvements de la Terre pour construire un cadran solaire   SMARTPHONE Bordas p 201
Sur les pas d’Eratosthène Calculer la circonférence de la Terre par la méthode d’Eratosthène     DIDIER166
Le sextant numérique Création d’un sextant numérique Kit arduino avec photorésistance, 2 servomoteurs   Didier 167
Hauteur du soleil, puissance reçue et saisons Mesurer la hauteur du soleil à midi et à plusieurs moments de l’année et établir une corrélation avec la puissance radiative reçue, la latitude, la saison Capteur de laboratoire ou sur smartphone

 

Capteur thermique

  Hachette p162
La vitesse de refroidissement de la Terre…à la manière de Buffon Reproduire les expériences de Buffon afin de trouver une relation entre la durée de refroidissement d’une sphère et son diamètre Capteur thermique Four

 

Sphère boules de pétanque

Hachette p163

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4

 

LE SON

 

LA

M

U

S

I

Q

U

E

Une flûte de Pan et son accordeur Fabriquer une flûte de Pan et un accordeur pour la régler Microcontrôleur   Bordas p223
Enregistrement, traitement et diffusion du son Créer un studio d’enregistrement MICRO Instruments de musique

 

Numérisation et traitement du son

Bordas p 257
La biodiversité observée par les sons émis Mettre la nature sur écoute afin de mieux la connaître et la préserver Microphone HYDRPHONE Logiciel audacity Bordas p275
Création d’une bibliothèque de son Création d’une œuvre musicale à partir d’une bibliothèque de sons microphone Logiciel audacity Didier 228
Réalisation et utilisation d’une chambre d’enregistrement Estimer le pouvoir d’isolation phonique d’une matériau Sonomètre, microphone Logiciel Heekscad (CAO)

 

GBF

audacity

Didier 229

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  AUTRES SUJETS        
  Effets de l’exercice physique sur la fréquence cardiaque Mesurer la fréquence cardiaque à l’aide d’un cardiofréquencemètre Cardiofréquencemètre   Lelivre scolaire pg 261
  Effets des colorants alimentaires sur la santé Déterminer la quantité de colorant en faisant un dosage pat étalonnage à l’aide d’un spectrophotomètre spectrophotomètre   263
  Tester l’efficacité des bouchons d’oreilles pour les concerts Tester pour différents types de bouchons d’oreilles leur efficacité et leurs effets d’atténuation pour différentes fréquences Capteur de son à fabriquer ou audacity Bouchons d’oreilles, tubes Hachette p226
  Etude des ultrasons des chauves-souris Identifier les espèces de chauves-souris à l’aide d’un détecteur d’ultrasons Enregistreur à US ou détecteur d’US Enregistrements entre avril et fin octobre car ensuite hibernation Hachette p 227

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La réalisation du projet

1° Analyse des éléments et objectif du projet

2° Définition d’une stratégie de groupe

3° Mise en œuvre du projet :

  • Conception du protocole expérimental
  • Réalisation des mesures
  • Traitement des mesures
  • Analyse des données

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L’interface EXAO

Vous avez déjà du utiliser cette interface lors d’un TP. Elle permet d’acquérir des données expérimentales et de les enregistrer sur l’ordinateur. Il en existe plusieurs types.

L’interface BORA :

Elle est ici utilisée avec un capteur de pression relié à une seringue d’air comprimé.

Utilisation :

  • Elle doit être branchée sur le secteur.
  • Elle est connecté en USB à l’ordinateur.
  • Elle affiche ses résultats dans un logiciel d’acquisition comme par exemple « LatisPro » (disponible en version d’essai à la maison)

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La carte Arduino

L’intérêt de cette carte réside dans le fait qu’elle fonctionne sans être branchée à un ordinateur (après programmation). Elle peut faire des mesures (selon la programmation) et affiche des résultats ou allume des diodes ou fait retentir un buzzer (toujours selon la programmation). Elle permet donc de traiter les données de façon autonome et fonctionne en quelque sorte comme une application sur votre smartphone (exemple : un réveil ou un indicateur de batterie).

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Cette partie est détaillée sur plusieurs pages dans votre livre. En voici les grandes lignes.

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1° L’alimentation

Avant toute chose, il faut alimenter la carte Arduino avec une alimentation externe (pile 9V etc).

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2° La connexion avec l’ordinateur

L’ordinateur nécessite un programme pour communiquer avec lla carte Arduino. Ce programme « Arduino IDE » peut se télécharger en utilisant le lien suivant : https://www.arduino.cc/en/main/software

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3° La programmation de la carte Arduino

Des exemples sont proposés dans votre livre.

La première utilisation est de faire clignoter une LED. On utilisera les entrées / sorties numérotées de 0 à 13 pour alimenter la LED. La commande de l’allumage sera gérer par le programme en mode « Allumage à intervalles régulier (programmable) ».

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4° Utiliser la carte Arduino acquérir une grandeur

Objectif : On pourra demander à une 1ère LED (rouge) de s’allumer si la tension d’entrée est positive et d’allumer une 2ème LED (verte) si la tension d’entrée est négative.

On branchera un générateur variable sur une des entrées analogiques de la carte Arduino (notée A0 à A5). On demandera au programme d’enregistrer les valeurs de tensions à intervalle régulier. En fonction du résultat, la carte Arduino devra allumer la bonne diode.

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5° Utilisation d’un capteur

Des modules électroniques sont prévus pour être branchés sur la carte (exemple : un capteur de température). Ils transmettent généralement des informations sous forme d’une tension. Des fonctions doivent être integrées à la carte pour transformer cette tension en température. Ces fonctions sont déjà disponibles mais elles doivent être installées dans la bibliothèque de la carte Arduino.

Exemple : On demandera à la carte Arduino d’allumer la diode rouge lorsque la température du capteur sera supérieure à 25 °C (mettre le capteur dans votre main) et d’allumer la diode verte si la température du capteur est inférieure à 25°C (poser le capteur sur la paillasse).

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