Corrigé - Carrefour FGA

Cette SAÉ est une adaptation de François Guay-Fleurent du travail réalisé par la Table régionale de science et
technologie au secondaire de Laval-Laurentides-Lanaudière (2008) et par Francis Lapointe, Bénédicte Boissard et
Julie Trottier de la CSSMI (2010).
Mise en situation
Rentrer tard le soir et ne pas bien voir où est la serrure, échapper un objet dans le
fond de sa voiture ou bien vouloir être vu des automobilistes sont des situations, parmi tant
d’autres, où l’utilisation d’une lampe de poche peut être pratique.
Tes connaissances en électricité t’amènent à concevoir un prototype de mini lampe de
poche portative. De plus, le concours en entreprenariat de ton centre t’incite à réfléchir sur
la façon dont tu pourrais rendre ton produit abordable et attrayant pour une possible mise
en marché.
En bref, ton défi consiste à réaliser un prototype de qualité d’une mini lampe de
poche et d’en évaluer les coûts minimaux de fabrication.
Nom : _________________________________
Date : ______________________

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TON MANDAT :
 Analyser et expliquer le fonctionnement de chacune des composantes
électriques de la lampe de poche;
 Réaliser un schéma de principes de votre circuit électrique;
 Construire votre prototype en respectant les contraintes du cahier des
charges;
 Réaliser un schéma de construction du prototype final.
LE CAHIER DES CHARGES
F
Fo on nc ct ti io on n g gl lo ob ba al le e d de e l la a l la am mp pe e d de e p po oc ch he e
L’objet permet d’éclairer facilement un petit endroit ombragé.
S
Su ur r l le e p pl la an n h hu um ma ai in n, , l la a l la am mp pe e d de e p po oc ch he e p po or rt ta at ti iv ve e d do oi it t : :
 être facile à utiliser, légère, attrayante, esthétique et sécuritaire.
S
Su ur r l le e p pl la an n t te ec ch hn ni iq qu ue e, ,
la lampe de poche portative doit :
 être munie d’un boîtier de plastique;
 s’illuminer en pressant un bouton-poussoir;
 être autonome en énergie;
 mesurer au plus 5 cm x 5 cm x 10 cm.
S
Su ur r l le e p pl la an n p ph hy ys si iq qu ue e, ,
la lampe de poche portative doit :
 être suffisamment solide pour résister à de petits chocs;
 être fabriquée de matériaux fournis par l’enseignant ou approuvés par ce
dernier.
S
Su ur r l le e p pl la an n i in nd du us st tr ri ie el l, ,
la lampe de poche portative doit :
 être totalement réalisée dans un atelier de science et technologie.
Sur le plan économique, la lampe de poche portative doit :
 être réalisée pour moins de 6$.

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CERNER LE PROBLÈME
Cerner mon problème en fonction de mon cahier des charges et des
ressources disponibles.
1. Je comprends que je dois…
Concevoir une mini lampe de poche portative.
2. Dans tes mots, quelles contraintes devras-tu respecter?
(Voir le cahier des charges)
3. Comment faire pour que ta lampe de poche ne fonctionne pas en
permanence ?
Y inclure un interrupteur.
4. Pourquoi est-ce nécessaire d’utiliser des piles dans la lampe de poche?
Afin d’être portatif et de fournir l’alimentation au circuit électrique.
5. Qu’est-ce qu’une DEL? Pourquoi pourrait-elle être un bon choix?
Une diode électroluminescente. Puisque qu’elle consomme très peu d’énergie.
6. Qu’est-ce qu’une fonction électrique ?
Chacune des composantes d’un circuit électrique assume ce que l’on appelle
une « fonction électrique ». Il s’agit des fonctions d’alimentation, de
protection, d’isolation, etc. Ces fonctions garantissent le bon fonctionnement
de l’appareil ainsi que la sécurité des utilisateurs.
En bref, « une fonction électrique est le rôle que joue une composante dans
le contrôle ou la transformation du courant électrique. » Observatoire,
p. 462.

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7. ANALYSE TECHNOLOGIQUE
Compléter le tableau ci-dessous en associant le symbole, la fonction
électrique et une caractéristique pour chacune des composantes.
COMPOSANTE
ÉLECTRIQUE
SYMBOLE
ASSOCIÉ
FONCTION
ÉLECTRIQUE
CARACTÉRISTIQUE
(RÔLE ET PRINCIPES PHYSIQUES)
Piles
Fonction
d’alimentation
Elles fournissent un courant
électrique au circuit.
Réaction d’oxydo-réduction qui
transforme l’énergie chimique en
énergie électrique.
Résistance
Résistance
électrique
Elle limite le passage des électrons
dans un circuit.
Elle résiste au passage du courant et
fait chuter la tension du circuit. Elle
le fait en transformant l’énergie
électrique en chaleur.
DEL ultra
brillante
Fonction de
transformation
d’énergie
Elle émet de la lumière.
Lorsqu’elle est parcourue par un
courant électrique, dans le bon sens,
elle émet de la lumière.
Interrupteur
bouton-
poussoir
Fonction
commande
Ouvrir ou fermer le circuit électrique.
Interrupteur unipolaire
unidirectionnel.
Fil de cuivre
recouvert d’une
gaine
Fonction de
conduction
Transmettre le courant électrique
d’une partie à une autre du circuit.
Les électrons parcourent un matériau
conducteur, souvent le cuivre, qui
possède une excellente conductibilité
électrique.
Symboles et mots clés :
Fonctions électriques : alimentation, conduction, transformation d’énergie,
commande, résistance électrique.

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Collecte d’informations
8. Selon le fabricant, les caractéristiques optimales de fonctionnement
de la DEL UV sont de 3 V à 20 mA. Cependant, on utilisera trois piles
de 1,5 V branchées en série. Il faudra donc ajouter une résistance
pour ne pas que la DEL « brûle ».
Quelles devront être les caractéristiques de cette résistance sachant
que P = U * I et que U = R * I ? On cherche sa puissance minimale (en
Watts) et sa résistance (en Ohms).
Calculs :
P = 4,5 V (batterie) * 0,020 A = 0,09 W = puissance totale du circuit, donc
une résistance 0,25 W, valeur réellement disponible sur le marché, sera
amplement suffisante pour « s’opposer au courant électrique du circuit »
sans surchauffer.
P = R*I² = 75 Ω * 0,02 A ² = 0,03 W = puissance minimale de la résistance.
On accepte aussi cette réponse.
Cependant, s’il y a un court-circuit dans la DEL, il est plus avantageux d’avoir
une puissance d’au moins 0,09 W afin de résister à la puissance maximale du
circuit.
Selon les caractéristiques de la DEL, on veut une « chute de tension » de 1,5
V, puisque 4,5 V – 3 V = 1,5 V.
Donc, R = 1,5 V / 0,02 A = 75 Ω
Autres démarches possibles.
Réponses :
Puissance minimale : ¼ W
Résistance : 75 Ω
(Notez bien qu’avec une valeur de résistance plus élevé, cela fonctionnera quand même, mais ce sera
moins « optimal ».)
L’élève peut aussi répondre 0,09 W minimum ou 0,03 W minimum.