Mise en œuvre de la séance

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Problème à résoudre
Comment rendre automatique l'éclairage de la cour
? (1)
OBJECTIFS
auto-
évaluation
Capacité du
socle
commun
Identifier les caractéristiques du capteur de lumière
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III-4
Représenter les caractéristiques du capteur de lumière
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Travail à effectuer :
 Cherchez, par équipe, les caractéristiques du bloc capteur de lumière
 Réalisez la trace écrite
 Présentez à tous vos résultats d'expérimentations
Conseils, consignes :
 Préparez votre intervention orale

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Fiche professeur
Investi'cour domotisée 6
Comment rendre automatique l'éclairage de la cour ? (1)
Matériel
nécessaire :
Documents :
Par équipe, 1 bloc capteur de lumière, 1 pile 9 volts, 1 voltmètre.
Fichier « diaporama_seance_6 ».
Le contexte
Les élèves ont déjà réalisé divers branchements électriques sur la maquette de cour de même
que des pilotages simples en utilisant l'automate zélio.
Il s'agit maintenant de concevoir des montages automatiques plus élaborés en pilotant
l'éclairage de la cour en fonction de la luminosité ambiante. Mais comment utiliser le capteur
de lumière ?
Cette première séance de travail autour du bloc photo résistance va permettre de rechercher
les caractéristiques de ce montage et non d'en expliquer le fonctionnement ! (voir remarque
plus bas) pour pouvoir l'utiliser ensuite avec l'automate. Cette recherche va être l'occasion de
découvrir ce qu'est un signal analogique (ici une tension qui varie en fonction de l'éclairement),
de conforter en structuration la connaissance du signal numérique et d'identifier les différences
entre les 2 types de signaux.
Important :
Il faut donc faire acquérir aux élèves la notion de signal analogique, voilà bien l'objectif essentiel
et c'est à partir de cet objectif que la séance a été problématisée pour donner du sens à la
recherche des élèves.
Pourquoi essayer de découvrir en effet comment fonctionne le capteur de lumière ? Eh bien tout
simplement car si on ne le fait pas, on ne saura pas comment le brancher sur l'automate ni
comment gérer surtout ses caractéristiques avec le logiciel zélio soft. On est typiquement dans
une situation problème qu'il faut tenter de résoudre.
Le signal analogique et le signal numérique sont des connaissances du programme. Même s'il
ne s'agit que d'un niveau 1 (« je sais »), il est exclu d'essayer de faire acquérir ces
connaissances directement, de façon livresque et théorique car ce serait d'une totale inefficacité
pédagogique. L'idée même de variation de la valeur d'un signal ne pourra être perçue qu'à
l'issue de tâtonnements divers pour essayer de mesurer le dit signal et surtout pas en
proposant des graphes de caractéristiques aux élèves qui n'auraient vraisemblablement
aucun sens pour eux. Par contre, toutes les recherches et les tâtonnements des élèves
permettront, in fine, de comprendre l'intérêt de ces graphes, mais en structuration de
connaissances simplmement.
Lien avec la physique:
Les élèves abordent dans leur programme de physique les notions d'intensité et de tension, de
même que la loi d'ohm, il sera donc pertinent d'attendre que cela soit traité avant de réaliser
cette séance en technologie. Attention, la découverte du signal analogique ne DOIT PAS se
réaliser sous forme d'un cours ou d'un TP de physique et il faudra laisser une grande liberté aux
élèves dans leurs prises de mesures et leurs propositions de traces écrites.
Comme précisé ci-dessus, il ne s'agit surtout pas d'expliquer le principe du diviseur de tension
mais simplement d'en identifier les caractéristiques. Cela est d'ailleurs clairement précisé dans
les commentaires du programme, commentaires associés à la connaissance « forme du
signal » :
Il s’agit d’identifier simplement divers dispositifs d’acquisition et surtout pas de faire une étude

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de leur fonctionnement.
Même si la représentation graphique des signaux électriques s'effectue généralement sur des
repères 2 axes, il ne faut SURTOUT PAS proposer aux élèves un tel repère à compléter, cela
sera fait uniquement en structuration de connaissances. ENCORE UNE FOIS, N'INVERSONS
PAS LES ETAPES et ne demandons pas aux élèves de synthétiser d'entrée, laissons leur le
temps de se poser des questions et de trouver eux-mêmes des formes de représentations
personnelles. Ce n'est qu'après avoir manipulé le voltmètre et s'être creusé la tête pour pouvoir
trouver une représentation possible des divers résultats de mesures que les élèves
comprendront vraiment l'intérêt d'utiliser des repères !
Comme toujours, n'apportons pas des réponses à des questions que les élèves ne se
posent pas encore et ne leur faisons donc pas construire une courbe tel un simple
exercice en transformant l'élève en « releveur de compteur » car l'enjeu de cette séance
va bien plus loin ! L'activité des élèves n'est pas l'objectif de la séance !
Il faut que les élèves se rendent compte qu'ils doivent mener une enquête sur le fonctionnement
de ce montage électrique en n'ayant que 2 éléments à leur disposition : un appareil de mesure
et leur propre raisonnement. Si en physique, ils ont pu par exemple utiliser le voltmètre pour
vérifier les caractéristiques de la loi d'ohm, ici, on est complètement dans une autre démarche.
Programme :
Décrire sous forme schématique, le fonctionnement de l’objet
technique. (1)
Représentation fonctionnelle
Identifier la nature d’une information et du signal qui la porte
(1) Forme du signal :
information analogique, information numérique.
Mettre en relation des contraintes que l’objet technique doit
respecter et les solutions techniques retenues (2).
Contraintes
Connaissances :
Vocabulaire :
signal électrique, signal analogique, signal numérique, résistance, photo résistance (LDR)
Schémas, notions et principes :
Représentation d'un graphe, identification des variables, notion de signal, notion de tension
éventuellement pour les élèves curieux : notion de résistance variable (il s'agira alors de
conforter des notions vues en physique)
Mise en œuvre de la séance :
La mise en situation de la séance est réalisée avec les diapositives 1 et 2 du diaporama de la
séance 6.
(1) Présenter le problème
Le problème apparaît en fin d'animation de la 2è diapositive :
« Comment rendre automatique l'éclairage de la cour ? »
(2) Reformulation du problème par les élèves
La reformulation ne doit pas poser de difficulté et les élèves vont sans doute tout de suite
proposer des idées en passant d'eux-mêmes naturellement à l'étape suivante.
(3) Identification des contraintes - comment pourrait-on résoudre ce problème ?
Dans un premier temps, l'idée de réaliser un système d'allumage automatique est retenue. Les
contraintes seront identifiées ensuite.
Toujours en suivant l'ordre d'apparition des diapositives du diaporama, il s'agit comme
précédemment de faire une analyse fonctionnelle du projet. Les éléments de l'environnement
de l'objet technique sont recherchés avant d'en définir les fonctions attendues et de construire
le cahier des charges.

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Suivant la motivation des élèves, on pourra demander aux différentes équipes de rechercher,
seules, les intitulés des fonctions en partant des éléments de l'environnement mais aussi
d'essayer de critériser ces fonctions. Un tel travail ne doit cependant pas durer plus d'une
dizaine de minutes.
Lors de la visualisation des diapositives, différentes contraintes sont identifiées. Il y a les
contraintes de réalisation de la maquette présentées à la diapositive 6, mais avant, diverses
contraintes de fonctionnement ont été précisées avec la formulation des fonctions et il est
important de montrer alors aux élèves qu'elles sont complètement transposables à des
situations réelles. Le projet consiste donc à concevoir une installation domotisée de l'éclairage
avec la volonté d'économiser l'énergie et de n'allumer les lampes que lorsque la luminosité
extérieure diminue. Les contraintes liées aux Normes en vigueur seront abordées en
structuration du projet simplement, c'est à dire à la fin de la prochaine séance.
Approche qualitative ou approche quantitative ?
Dans la rédaction du cahier des charges, l'approche est résolument qualitative.
Pourquoi ?
Le niveau associé au critère « visibilité, luminosité » est « le sol et les obstacles
sont aperçus », et pour le critère « seuil de luminosité », le niveau indiqué est »
« dès que l'on commence à ne plus y voir distinctement ». On aurait très bien pu
indiquer des valeur de luminosité en lux dans la colonne niveau (approche quantitative
cette fois), mais cela aurait obligé à mesurer ces luminosités pour valider ou pas les
solutions techniques trouvées. Comme souvent, avec des solutions maquettisées, une
approche quantitative sérieuse n'aurait pas été réalisable et n'aurait donc pas eu de
sens.
Par contre, il est important de revenir ensuite sur le quantitatif, c'est ce qui sera fait en
structuration de connaissances de la prochaine séance avec l'analyse collective des
Normes en matière d'éclairement.
Pourquoi étudier le capteur de lumière ?
Le professeur demande aux élèves de rappeler rapidement comment ils ont pu préalablement
piloter la commande d'un moteur ou d'une lampe avec l'automate et le logiciel. Après que les
élèves aient rappelé qu'il fallait placer des boutons-poussoir ou un détecteur à contact (ILS) en
entrée, il précise qu'il n'y a plus ce type de composants cette fois et qu'il faut partir de ce
montage qu'il présente aux élèves et alors :
Mais comment utiliser le capteur de lumière ?
Les élèves vont faire le rapprochement avec leurs manipulations précédentes tout en détaillant
le bloc présenté par le professeur. Parmi toutes les réponses et remarques possibles, en voici 2
qui sont particulièrement attendues :
- Le bouton-poussoir avait 2 fils, ici maintenant, il y en a 3, comment va-t-on faire pour les
brancher ?
- Sur le logiciel, on sait placer un bouton mais comment placer ce bloc ?
Il sera nécessaire de prendre le temps de bien faire percevoir le problème à Tous les élèves.
Les élèves : « Pour résoudre notre problème, il faudrait nous dire comment faire !???? »
Le professeur : « Eh bien non cette fois ! Vous allez enquêter vous-mêmes et vous allez donc
essayer de découvrir comment fonctionne ce montage ! »
Le professeur cherchera ensuite à faire établir par les élèves un lien avec la physique :
Les élèves : « C'est un montage comme on peut en voir en physique »
Le professeur : « Effectivement ! Et que pourrait-on essayer de découvrir ? Est-ce qu'on ne
pourrait pas utiliser un appareil de mesure ? Si oui lequel ? Pour mesurer quoi ? » etc...
Un bloc photo résistance est fourni, seul, à chaque équipe et les élèves proposent par écrit un
ou plusieurs protocoles en précisant ce dont ils auraient besoin comme matériel.
Remarque :
Le professeur ne parle pas d'énergie pour le moment afin de vérifier les conceptions des élèves
sur ce point précis. Sauront-ils qu'il ne peut rien se passer et qu'il n'y aura pas d'étude

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intéressante possible si le montage n'est pas alimenté ?
(4) Validation des protocoles et mise en place du contrat de séance avec les élèves ?
Les équipes présentent leurs idées et le professeur valide ou pas les propositions
d'expérimentations des élèves.
Remarque :
Il ne s'agit pas surtout d'aboutir à un même protocole pour tout le monde, donc la validation
pourra se faire dans chaque équipe sans que les autres élèves en soient informés.
Le professeur précise à la fin que le montage est alimenté par une pile de 9V et uniquement
entre les 2 fils « vert ». Ne pas chercher à alimenter en connectant la pile entre un fil vert et un
fil bleu. (les 2 fils sont d'une même couleur pour que les élèves puissent polariser le montage
de 2 façons possibles : le « + » du côté de la résistance ou encore du côté de la LDR. Un rappel
sur la nécessité de mesurer des tensions est fait à tout le groupe en montrant si nécessaire la
configuration à adopter pour l'appareil de mesures.
Le professeur présente ensuite les objectifs de la séance qui sont, comme d'habitude, relus,
reformulés et critérisés AVEC LES ÉLÈVES. Les 2 objectifs sont associés à une seule capacité
du pilier III :
Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.
Les élèves reportent les critères d'évaluation des objectifs sur leur fiche, comme par exemple :
OBJECTIFS
auto-
évaluatio
n
Capacité
du socle
commun
Identifier les caractéristiques du capteur de lumière
- branchement de la pile précisé (polarisation du montage)
- points de prise de mesures de tension précisés
- valeur des tensions indiquées pour un capteur en pleine lumière, dans la
pénombre et dans le noir complet
- remarques sur l'utilisation possible de ce montage en lien avec l'automate
(contraintes précisées)
III-4
Représenter les caractéristiques du capteur de lumière
- résultats de la recherche présentés sous forme de schéma ou de dessin
- représentation fidèle
- document lisible du fond de la classe
- lecture facile des résultats
- lecture rapide des résultats
(5) Investigation des élèves
Les élèves réalisent leurs expérimentations, leurs mesures et leur trace écrite.
Il est très important que les représentations des élèves soient réalisées sur des feuilles de très
grand format (genre feuille de paper board).
Remarques pour le professeur :
Il y a en réalité 4 protocoles possibles (voir en fin de fiche professeur). Ils dépendent de la
polarisation du montage (« + » sur la résistance ou « + » sur la LDR) et de la prise de mesure
de tension (aux bornes de la LDR ou de la résistance). Les élèves se rendront compte (plus ou
moins rapidement) que la mesure de la tension aux deux extrémités du montage n'a pas
d'intérêt car il s'agit de la tension d'alimentation (9V) qui ne change évidemment pas en fonction
de l'éclairement. Ceci dit, il ne faut pas l'indiquer d'entrée aux élèves et les laisser trouver et
analyser seuls un de ces quatre protocoles.