fiche conceptualisation Machine Thermique_USMBA

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Fiche de conceptualisation des
Travaux Pratiques
La réalisation de Travaux Pratiques virtuels pour l’accompagnement des
apprentissages et le renforcement de l’enseignement scientifique dans les
établissements d’enseignement supérieurs marocains passe d’abord par la
contextualisation de l’activité pratique et par sa conceptualisation. De ce fait, une
scénarisation du travail pédagogique s’avère nécessaire. Cette scénarisation est
avant tout un travail de conceptualisation du contenu, de la méthodologie, de
l’organisation des ressources d‘accompagnement et de l’évaluation. Ce processus
peut être structuré en plusieurs étapes :
Intitulé de la manipulation :
Thermodynamique : Machines thermiques
Introduction, définition et contenu :
Une machine thermique est un dispositif fonctionnant en cycle et échangeant de l’énergie par
transfert thermique et par travail avec l’extérieur. On distingue deux types de machines thermiques :
a) Une machine motrice est une machine thermique dont le but est de fournir véritablement de
l’énergie par travail à l’extérieur (moteur thermique).
b) Une machine réceptrice est une machine qui reçoit véritablement de l’énergie par travail de la part
de l’extérieur (Machine De transfert thermique) .
Une machine thermique est dite ditherme lorsqu’elle échange de l’énergie par transfert thermiques
avec deux thermostats.
L'efficacité énergétique d'une machine thermique, qui est une grandeur sans dimension, s'exprime
comme :
Consommée
Fournie
EE
L'efficacité énergétique théorique maximale d'une machine thermique ditherme est réalisée par un
cycle entièrement réversible constitué de deux isothermes et deux adiabatiques, appelé cycle de
Carnot.
Le rendement r est défini comme le rapport de l’efficacité de la machine sur l’efficacité de la
machine idéale de Carnot correspondante.
EXPERES

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Niveau ciblé :
TP de niveau première année universitaire (Semestres 1)
Objectifs pédagogiques :
 Se familiariser avec les principes de base des machines thermique.
 Savoir calculer, pour chaque transformation, le travail W et la chaleur Q échangés ainsi que la
variation d’énergie interne ∆U. Interpréter les signes de ces quantités.
 Distinguer bien la différence entre les deux grands types de machine thermique.
 Tracer le cycle d’une machine thermique donnée en fonction des différentes transformations.
 Déterminer l’efficacité et le rendement d’une machine thermique.
 Elaborer le schéma d’une machine thermique à partir d’un cahier des charges.
 L’analyse des transferts thermiques va permettre aux étudiants de comprendre concrètement le
fonctionnement de ces systèmes.
Compétences :
Cours de thermodynamique : grandeurs d'état, les transformations thermodynamiques réversibles et
irréversibles, notions de travail et chaleur, premier et deuxième principe de la thermodynamique,
cycle de carnot, cycle de Rankine, principe de la machine thermique.
Moyens et supports pédagogiques (documents écrits, aides visuelles,
diaporama, multi-média, logiciels, autres…) :
Les étudaints disposeront d’un support de Cours, d’un Polycopie de TP fournies par les professeurs et
mis à leurs disposition sur le site de l’établissement + Logiciel de Simulation de machines thermique
(Thermoptim , CYCLEPAD ... ) et projection.
Contexte et choix pédagogique :
Les machines thermiques sont des dispositifs qui permettent de convertir de l’énergie thermique en
énergie mécanique (moteurs) ; ou bien, à l’aide de travail, de provoquer des transferts thermiques
(pompes à chaleur, machines frigorifiques). Les machines thermiques sont présentes dans de
nombreux processus industriels et dans la vie quotidienne (moteurs de voiture notamment).
Organisation des ressources :

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- Equipement principal nécessaire pour la manipulation
- Instrumentations nécessaires pour la programmation,
- Coordination du dispositif et le suivi des apprenants (Ressources humaines, charge du
travail estimée pour l’apprenant, nombre approximatif des apprenants,…)
Nous aurons besoin d’un équipement nécessaire constitué de PC, logiciels et licence...
Les Logiciels de simulation permet aux étudiants de traviller en deux modes:
- Mode de construction du projet (Build mode) qui permet de construire l’application en
définissant des appareils ou des transformations puis en les reliant pour former un cycle.
- mode d'analyse (Analyse mode) qui permet de faire les hypothèses nécessaires au calcul puis de
noter les résultats.
On peux alors corriger l’hypothèse ou la valeur d’un paramètre choisi auparavant jusqu'à
obtention d'un cycle correct pour lequel toutes les grandeurs sont calculables.
- Prévoir une plateforme au niveau de l’établissements et sa capacité pour gérer ces TP vu que le
nombre des étudiants inscrits en S1 est élevé
- Prévoir 10H par semestre avec une séance de 1H30mn par semaine.
Méthodes et outils d’évaluation des acquis :
Compte rendu de TP + Contrôle final en tenant compte de la cohérence et de l’interprétation des
résultats.
Apport pour les étudiants :
- Vérifier les notions de bases de la thermodynamique à savoir : les notions de transformation
réversible et irréversible, le calcul de l’énergie, de la quantité de chaleur et du travail, consruire un
cycle de transformation qui constitue une machine thermique.
- Acquérir les compétences nécessaires pour décrire et représenter sous forme d’un projet une
machine thermique.
- Se familiariser et acquérir les compétences à manipuler un logiciel de simulation des phénomènes
physiques.
- Acquérir le sens de l’obervation, du raisonnement et de la rigueur.
- Dans le cas où on disposera d’une plateforme à l’établissement, le présentiel pour les étudiants sera
fortement allégé.

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Commentaire général :
NB : Les équipes projets peuvent apporter sur les fiches de conceptualisation des
remarques qu’ils jugent nécessaires (rubriques ou autres).