Sciences et techniques industrielles

Pour l'école de la confiance

Un habitat peut-il être confortable tout en consommant peu d’énergie ?

Marc-Antoine MORELLE du Collège Jules Verne nous propose une séquence autour de compétences de programmation qui démontre qu’au delà du confort, l’automatisation peut avoir un impact sur la consommation énergétique. Cette séquence est plutôt proposée pour le début du cycle 4.

Thème de séquence

Thème
de séquence

Problématique

Assurer le confort dans une habitation

Un habitat peut-il être confortable tout en
consommant peu d’énergie ?

Compétences

Thématiques
du programme

Connaissances

Appliquer les principes élémentaires
de l’algorithmique et du codage à la résolution d’un
problème simple.

Écrire un programme dans lequel des actions
sont déclenchées par des événements
extérieurs.

Notions d’algorithme et de programme. Notion de variable
informatique. Déclenchement d’une action par un événement,
séquences d’instructions, boucles, instructions conditionnelles.
Systèmes embarqués. Forme et transmission du signal.
Capteur, actionneur, interface.

Piloter un système connecté
localement ou à distance

Écrire, mettre au point (tester,
corriger) et exécuter un programme commandant un système
réel et vérifier le comportement attendu

 

Présentation
de la séquence

Situation
déclenchante possible

Il s’agit dans cette séquence de découvrir
comment rendre un habitat plus "facile à vivre"
tout en consommant peu d’énergie ? La classe est organisée
en 6 îlots de 4 à 5 élèves. Il est conseillé
un PC pour 2 élèves ainsi qu’une maquette par îlot
au minimum.

Tu as découvert dans la séquence précédente
différentes inventions créées par l’homme au
fil du temps pour s’éclairer puis tu as aidé la famille
Martin à choisir une lampe pour éclairer son logement
tout en préservant l’environnement. Mais comment faire pour
faciliter leur vie au quotidien et réaliser encore plus d’économie
au niveau de l’éclairage ? Réponses attendues : en automatisant
leur éclairage, en rendant leur éclairage "intelligent",...

Éléments
pour la synthèse de la séquence (objectifs)

Piste
d’évaluation

Programmation d’objet technique en vue de simplifier
la vie de l’homme et consommer moins d’énergie.

Evaluation formative à l’aide de Tactiléo
Maskott lors des S2A1 et S2A2 puis évaluation sommative intermédiaire
à l’aide de Plickers en fin de S2A2. Tâche finale Techno
/ Physique en fin de S2A4 : choix d’un type de réseau électrique
et d’un type de lampe en vue de réaliser une alarme sonore
et visuelle pour un habitat. Réalisation d’un algorithme
permettant de piloter les différents constituants du système
d’alarme (led rouge, buzzer, capteur PIR,...). Présentation
synthétique du travail des élèves dans un document
numérique qui pourra servir de base de travail lors de l’épreuve
orale du DNB.

 

Proposition de déroulé

Activité
1

Activité
2

Activité
3

Question
directrice

S2A1 : Que faut-il pour rendre autonome et intelligent
un système technique ?

S2A2 : Comment décrire ce que nous voulons faire réaliser
à un système technique ?

S2A3 : Comment commander un éclairage à
l’aide d’un microcontrôleur Arduino ?

S2A4 : Comment scénariser/programmer l’éclairage
d’une cuisine ?

Activités

Découverte des différents éléments
de l’environnement Arduino. Compréhension de la notion d’organigramme
puis élaboration d’algorithme permettant le fonctionnement
de système technique

Analyse puis réalisation
d’algorithme permettant d’automatiser l’éclairage d’une cuisine.
Test des programmes sur maquette didactique avec micro contrôleur
Arduino pour valider les solutions. Pour les élèves
en avance, activité complémentaire possible sur la
notion de variable informatique (variation DEL avec potentiomètre)

Démarche
pédagogique

Démarche d’investigation + T.P.

Démarche de résolution
de problème

Conclusion
/ Bilan

Pour programmer un système technique on doit
dans l’ordre : 1/comprendre le comportement attendu du système,
2/ le décrire à l’aide d’un algorithme, 3/ traduire
l’algorithme sous forme d’un programme informatique. Un algorithme
permet de structurer le fonctionnement attendu d’un système
technique.Cet algorithme peut être présenté
sous la forme d’un logigramme Le micro-contrôleur de la carte
Arduino permet, à partir d’événements détectés
par des capteurs, de programmer et commander des actionneurs ; la
carte Arduino est donc une interface programmable.

Un algorithme regroupe un ensemble d’instructions
et de conditions. Chaque séquence d’instructions a pour but
de réaliser une ou plusieurs actions si certaines conditions
sont remplies. En programmation, une instruction conditionnelle
permet donc d’effectuer une action suivant certaines conditions.

La gestion de l’énergie dans un habitat permet
de faire des économies en ne consommant que ce qui est nécessaire.
Elle évite les gaspillages et maintient un confort adapté.
Par exemple, on peut rendre autonome un éclairage à
l’aide de capteurs qui se substitueront aux commandes manuelles
(interrupteurs). Les différents événements
(détection de présence,…) ainsi que les séquences
d’instructions (allumage d’une lampe,…) qui en découlent
sont ordonnancés dans un algorithme, qui décrit le
fonctionnement de l’éclairage automatisé. Cet algorithme
sera ensuite converti en programme compris par la carte Arduino.
On parle alors de codage ou de programmation.

Ressources

 -1 ordinateur pour 2 élèves -Modules
Tactiléo Maskott n° 1, 2, 3, 3.1, 3.2 Accès jusqu’au
30 juin 2018 pour test à l’aide des codes : MBC5 / MCPT /
SSWB / WSHJ / 2CRA -Outil à tracer les logigrammes (origine :
Technopujades.free.fr)

-1 ordinateur pour 2 élèves - logiciel
Mblock - Maquette didactique d’éclairage d’une cuisine (1
maquette par ilôt)

-1 ordinateur pour 2 élèves - logiciel
Mblock - Maquette didactique d’éclairage d’une cuisine (1
maquette par ilôt)

Mise à jour : 26 septembre 2017