Thème sociétal : LA PROTECTION Problématique

Thème sociétal :
LA PROTECTION
Problématique :
Protéger un astronaute lors d’une chute à très haute altitude.
Lycée Val de Saône
Auteur : Sylvain BARTHES – Lycée Val de Saône – 01600 TREVOUX – [e-mail]

L’objectif principal du projet Red Bull Stratos a été de recueillir de précieuses données qui
pourront aider la science à améliorer la sécurité des vols et permettre de s’échapper
d’engins spatiaux volant à très haute altitude .
Lors de son saut réalisé le 14 octobre 2012, Felix Baumgartner a battu plusieurs records
tels que : la chute libre la plus rapide, le saut le plus haut, l’ascension en ballon habité la
plus élevée et la chute libre la plus longue et la plus rapide (> à mach 1).
La mission Red Bull Stratos nous servira de support pour notre étude de cas afin de
découvrir les points suivants :
La composition des couches de l’atmosphère
Les outils d’analyse fonctionnelle d’un système
Les équations du mouvement du solide en translation
Le poids
La trainée aérodynamique
Le principe fondamental de la dynamique du solide en translation
Le principe de conservation de l’énergie
2. Analyse du réel et mise en équations du mouvement (4H)
Page - 10
3. Etude expérimentale de la chute et calcul des forces (6H)
Page - 13
1. Analyse fonctionnelle de la combinaison (4H)
Page - 4
Partie 1 (4H)
Partie 2 (4H)
Partie 3 (6H)
Influences des effets aérodynamiques sur la chute d'un corps
4. Etude énergétique de la chute libre (4H)
Page - 23
Partie 4 (4H)

PARTIE 1
A1 – Analyser le besoin
-Besoin, finalités, contraintes, cahier des charges
-Analyse fonctionnelle externe, Expression fonctionnelle du besoin.
-Fonctions d’usage, de service, d’estime
A2 – Analyser le système
-Système, Frontière d’étude, Environnement
-Architectures fonctionnelle et organique d’un système
PARTIE 2
A3 – Caractériser des écarts
-Traiter des données de mesures
-Analyse des écarts
B1 – Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système
-Caractéristiques des grandeurs physiques
B2 – Proposer ou justifier un modèle
-Ordre d’un système
B4 – Valider un modèle
-Modèle de connaissance
-Grandeurs influentes d’un modèle
PARTIE 3
A3 – Caractériser des écarts
-Traiter des données de mesures
-Analyse des écarts
B2 – Proposer ou justifier un modèle
-Liaisons
-Modèle du solide
-Action mécanique
B3 – Résoudre et simuler
-Principe fondamental de la dynamique (PFD)
-Paramètres d’une simulation
B4 – Valider un modèle
-Modèle de connaissance
-Grandeurs influentes d’un modèle
C2 – Mettre en œuvre un protocole expérimental
-Appareils de mesures, règles d’utilisation
-Paramètres de configuration du système
-Modèles de comportement
PARTIE 4
A2 – Analyser le système
-Analyser les apports d’énergie, les transferts, le staockage, les pertes énergétiques
-Réaliser le bilan énergétique d’un système
A3 – Caractériser des écarts
-Traiter des données de mesures
-Analyse des écarts
B1 – Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système
-Associer les grandeurs physiques aux échanges d’énergie et à la transmission de
puissance
-Identifier les pertes d’énergie
D1 – Rechercher et traiter des informations
-Dossier technique
-Bases de données, sélection, tri, classement de données
Internet, outil de travail collaboratif, blogs, forums, moteur de recherche
D2 – Mettre en œuvre une communication
-Croquis, schémas
-Production de documents

Analyse documentaire :
1/ A partir de quelle altitude la vie permanante est-elle impossible ? Expliquez pourquoi.
2/Quelles sont les différentes couches de l’atmosphères, faire un tableau indiquant :
Nom
Température : T° min et max
Altitude : H min et max
Pression atmosphérique : p min et max (en hPa puis en N/mm2)
3/ A quelle altitude la pression atmosphérique devient-elle quasi nulle ?
4/ Sur le site de la mission http://www.redbullstratos.com/ cliquez sur le cadre « explore
the mission » et visionnez les paramètres enregistrés. A partir de vos observations :
Quelles sont les températures min et maxi en °F (Fahrenheit) et les altitudes
correspondantes H en feet (pied).
Donnez les formules permettant de convertir les °F en °C (Celsius) et les les
feet en mètre.
5/ A quelle altitude Felix Baumgartner s’est-il lancé dans le vide, dans quelle couche se
situait-il ?
6/ A partir de quelle altitude la couche atmosphérique devient-elle dense (c’est-à-dire que
la masse volumique de l’air n’est plus = à 0)
7/ Quelle est la vitesse maxi atteinte par Félix, à quelle altitude ?
Synthèse et communication (diaporama):
1/ Sous forme de diapositives, propsez une synthèse des réponses aux questions
précédentes en rappelant la problématique de l’étude de cas.
2/ Proposez une bête à cornes de la combinaison.
3/ Proposez un diagramme des interacteurs afin de mettre en évidence les fonctions de
service de la combinaison mise au point par les ingénieurs du projet.
4/ Proposez un FAST, afin d’identifier les éléments techniques de la combinaison qui
répondent à ces fonctions.
Données :
Vidéos
Fiche cours analyse fonctionnelle
Définition biologique de l’altitude
Indice de PaO2
Couches atmosphériques
Evolution de la masse volumique d’un gaz
Données enregistrées lors du saut redbullstratos
Combinaison et casque
1. Analyse fonctionnelle de la combinaison

PaO2 : paramètre médical permettant d’évaluer l’oxygénation du sang d’un patient