Nom: Établissement :
Prénom : Classe : première Série : S
Thème général : Avancées
scientifiques et réalisations techniques
Titre du TPE : Le moteur à
aimants permanents
Disciplines concernées :
SVT – Physique
Notre
projet
Lors de la présentation des différents thèmes proposés
nous nous sommes rapidement dirigés vers le thème «
Avancées scientifiques et réalisations techniques ». En
effet, ce thème semblait fort intéressant et nous offrait la
possibilité de faire une
maquette comme production finale. Après réflexion, nous
avons choisi le sujet du moteur à aimants permanents car
c'est un moteur qui n'utilise pas de combustion et est ainsi
en adéquation avec les enjeux écologiques du XXe
siècle. Même si ce moteur n'est pas encore
très connu du grand public, de nombreuses vidéos sont présentes
sur internet et un reportage sur france 3 a de même été réalisé
sur ce sujet. Cela nous a assuré de la réalisabilité de notre
projet.
Les disciplines
concernées dans ce projet sont : la SVT pour la partie
sur le développement durable où nous traiterons les différentes
énergies ainsi que la physique pour la partie sur le
fonctionnement de la maquette, des aimants, le magnétisme, les
forces attractives et répulsives, les champs magnétiques.
La
démarche
Pour introduire
le moteur à aimants, nous nous sommes demandés s'il était possible
de créer un moteur en adéquation avec le développement durable.
Tout d'abord, nous avons fait de nombreuses recherches sur le
magnétisme et le fonctionnement des aimants car c'est un sujet que
nous n'avions pas étudié en classe et qui est très peu présent
dans le programme de première.
Rapidement, nous
nous sommes mis d'accord sur un plan en trois parties qui répondait
à notre problématique : est-il possible de créer un moteur
en adéquation avec de développement durable ? Tout d'abord,
nous présenterons les différentes énergies avec les points
forts ainsi que leurs inconvénients. Ensuite nous étudierons le
magnétisme ( champs magnétiques, aimants, forces …). Pour
finir, nous analyserons le fonctionnement de notre maquette.
Pour commencer,
nous avons élaboré différentes hypothèses pour la maquette de
notre moteur à aimants nous basant sur nos recherches, sur le
fonctionnement des aimants ainsi que les différentes maquettes
trouvées sur internet. Chacun de nous apporte différents matériaux
qui pourraient nous aider dans notre réalisation et nous commençons
notre projet.
C'est là que les
problèmes commencent, sur toutes les hypothèses que nous avions
élaborées aucune ne marche comme prévue. Nous changeons la
monture de notre maquette qui est pour le moment un assemblage de
légos en plastique et nous passons à des légos plus sérieux avec
des barres en acier trouvées chez l'un de nous. Les tests sont plus
concluants avec ce dernier montage cependant, les roues tournent peu
longtemps et les aimants fixés avec de la pâte à fixe se décollent
très facilement.
Ainsi, chacun de
nous réfléchit aux différentes possibilités d'amélioration; mes
recherches sont axées sur les champs magnétiques. Ainsi,
nous mettons en évidence que la force du champ magnétique
décroît très rapidement avec la distance et que les deux
aimants qui se trouvent les plus proches lorsque les roues tournent
freinent le moteur. Nous ne trouvons pas de solution pour pallier
à ce problème cependant, l'un de nous pense à fixer les aimants de
chaque côté d'un CD, ainsi nous ne nécessitons plus de pâte à
fixe mais les aimants se maintiennent grâce à leurs forces
d'attractions.
A l'aide de ces
nombreux travaux, nous fabriquons notre ultime maquette qui possède
une armature en bois et un rotor en aluminium afin d'éviter
d'attirer les aimants. Les roues sont matérialisées par des CDs et
nous utilisons des roulements à billes pour minimiser les
frottements.
Durant notre étude sur
les forces électromagnétiques, nous avons été forcés
d'abandonner l'étude de certaines forces comme la force de
Lorentz, ceci en raison du manque d'informations sur internet
ainsi que sur nos manuels de première.
La
conclusion du projet
Pour ce qui est
de l'adéquation avec le développement durable, le moteur à aimants
permanents est une bonne alternative. Cependant, ce n'est pas
un bon moyen de produire de l'énergie car les roues sont
freinées du fait des frottements et des forces électromagnétiques
( très dépendantes de la distance ). Les réticences à propos de
ce moteur que nous avions pu trouvées sont donc justifiées. Ainsi,
nous sommes tentés de dire que, pour le moment, il est difficile
de créer un moteur efficace en adéquation avec le développement
durable.
En tant que
production finale comme nous venons de l'expliquer, nous avons choisi
de faire une maquette car cela répond à notre souhait de
créer un moteur à aimants et cela est toujours plus pertinent avec
une réalisation concrète. Au cours de notre production et suite aux
conseils de nos professeurs, nous avons rédigé un cahier de
recherches qui accompagne notre maquette afin de traiter du
développement durable et d'expliquer le fonctionnement de notre
projet.
Une
expérience enrichissante
Pour
conclure, les TPE ( travaux pratiques encadrés ) m'ont apporté
beaucoup aussi bien au niveau de l'autonomie
que de l'apprentissage du
travail en groupe ce qui
n'a pas été facile tous les jours. Nous avons dû faire face à des
échecs mais nous en sommes sortis plus persévérants.
J'ai de même progresser dans l'élaboration
d'un graphique mais aussi
dans la schématisation,
suite aux nombreux schémas que nous avons dû réaliser pour
illustrer nos propos. De plus, c'est un travail
de long terme,
contrairement aux travaux habituellement faits en classe où nous
avons mené une démarche
expérimentale solide.
Ce
fut une expérience enrichissante au niveau des connaissances, tout
particulièrement en physique ( partie qui m'a été attribuée )
grâce à l'étude des champs
magnétiques et plus
précisément sur le fonctionnement
microscopique d'un aimant
que j'ai trouvé fort intéressant. Nous avons de même appris
beaucoup sur les énergies :
leurs atouts et leurs points forts ainsi que leur importance dans les
siècles à venir.
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