barbecue solaire multimode - Académie d`Orléans

Compte-rendu
BARBECUE SOLAIRE
MULTIMODE
Atelier scientifique
du collège Vallée Violette
2015-2016
Les membres*:
ANTOINE Jérémy
BEUN Marcus
COUTARD Dorian
CREPIN Mathieu
FORGET Andréa
FRANQUES Jason
GERALDO Hugo
LEBLANC Clément
MERCIER Yannis
RAVARD Léo
ROUAULT Gabriel
WINANDY Romuald
WINANDY Tatian
Les professeurs encadrant :
COUDER Renaud
JACQUES Jean-François
* en gras souligné, les membres qui présenteront l'exposé le jour de la finale académique.
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INTRODUCTION :
Dans notre société actuelle, les ressources d'énergies comme le pétrole sont en train de
disparaître. Quand toutes ces énergies auront disparu, il faudra se débrouiller pour trouver
des nouvelles solutions. Actuellement les énergies renouvelables (l'éolien, l'hydraulique, le
solaire, ...) sont en pleine expansion. De plus en plus de personnes font poser des
panneaux solaires sur leur maisons ou entreprises pour s'alimenter. Il y a même un avion
solaire (Solar Impulse) qui est parti faire le tour du monde.
Dans le cadre de "2015 : année Internationale de la lumière
et des techniques utilisant la lumière", nous, élèves de
l’atelier de culture scientifique et technique du collège Vallée
Violette, avons donc décidé de construire et exploiter un
barbecue solaire multimode.
Nous avons contacté M. MERCIER, vice-président de la
Société Astronomique de Touraine (SAT) pour nous aider dans
l'obtention d'une parabole et faire quelques observations du
Soleil (qui n'ont pas encore eu lieu du fait du temps maussade).
Pour la réalisation de ce projet, nous allons utiliser
entre autre une parabole, du papier en matière
réfléchissante, un panneau solaire photovoltaïque
avec batterie et régulateur de courant, une résistance
métallique, un thermomètre numérique, une loupe et
surtout DU SOLEIL et des jeunes chercheurs !
La parabole sera orientée vers le Soleil pour réfléchir
les rayons vers un point précis. On utilisera une
batterie qui sera chargée auparavant avec un
panneau solaire pour augmenter la capacité de
chauffe à l'aide de la résistance.
Nos objectifs : Essayer d'abord de faire fondre des matières (chocolat, bougie, étain),
bouillir de l'eau, éventuellement faire du pop corn, un marshmallow chaud (entre grillé et
fondu)… et le tout sans polluer.
Il faudra enfin construire un appareil compact permettant de contenir tous les éléments.
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DEVELOPPEMENT :
Problématique
Peut-on faire chauffer, faire fondre ou cuire des matières alimentaires (chamallow grillé,
faire du caramel, …) rien qu’à la force de l’énergie solaire et ce en toute saison, et donc
sans polluer ?
On sait déjà faire fondre du chocolat facilement en laissant un carré en plein Soleil l’été.
Le faire en hiver est déjà plus difficile, de même placer de l’eau sucrée en plein Soleil l’été
ne permet pas d’obtenir du caramel.
Notre objectif est donc de concevoir un tel dispositif n’exploitant que l’énergie du Soleil.
Une fois conçu, ses conditions d'utilisation et ses capacités seront étudiées.
Nous allons d’abord exposer nos recherches concernant la partie MODE THERMIQUE
OPTIQUE de notre dispositif. Nous n’avons reçu le matériel pour la partie MODE
THERMIQUE ELECTRIQUE que récemment et n’avons donc pu travailler sur ce mode
que tardivement.
MODE SOLAIRE THERMIQUE OPTIQUE
Notre liste de matériel initiale
➢des loupes
➢des miroirs plats, un petit miroir parabolique
➢un rétroprojecteur pour simuler le Soleil
➢un thermomètre infra-rouge
➢un générateur de fumée pour visualiser les faisceaux lumineux
➢du papier noir
➢des lunettes de Soleil
➢une antenne parabolique
➢du papier aluminium, du film miroir autocollant, de la mosaïque de miroirs
➢des outils divers dans une boîte à outils
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Pour l'antenne parabolique, nous avons d'abord contacté M. MERCIER, vice-président de
la Société Astronomique de Touraine (SAT) pour nous aider dans l'obtention d'une telle
antenne et faire quelques observations du Soleil. Mais la SAT n'a pas pu nous aider.
Finalement, nous en avons trouvé une inutilisée sur le toit du collège. Merci à Mme
DELACOUT, Principale du collège d'avoir accepté son démontage, et à M. JEHANNIN,
l'agent technique, d'avoir apporté son aide technique pour son décrochage.
Tests initiaux avec loupe, miroir plat, miroir parabolique
Nous avons fait quelques tests en extérieur, tant que le Soleil était accessible : nos
premières tentatives se basaient sur des miroirs et loupes. C'est pourquoi nos premiers
schémas d'idées de montages ressemblaient un peu à ceci :
Nous avons utilisé un thermomètre numérique pour
voir quelle augmentation de température on pouvait
espérer. Les températures atteintes avec les miroirs
n'étaient pas vraiment à la hauteur de nos attentes,
même s'il est vrai que les tests ont été faits avec un
ciel un peu couvert.
C'était un peu mieux avec les loupes, qui concentrent
les rayons lumineux.
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De toute façon, si on avait choisi d'utiliser une loupe, le soucis aurait été de fabriquer ou
acheter une loupe assez grande pour chauffer davantage. Cela nous a semblé trop
compliqué (faire fondre du sable n'est pas simple !).
Par la suite, le Soleil s'est fait plus que discret les jours où nous nous rencontrions si bien
que nous avons dû le remplacer par une autre source de lumière, un rétropjecteur, en
attendant des jours meilleurs.
Enfin, d'autres tests ont donc été réalisés avec un miroir grossissant, type petit miroir de
maquillage. On a réussi à faire
brûler du papier, même avec
un miroir parabolique de petite
taille. Le thermomètre infra-
rouge affichait des
températures de plusieurs
dizaines de degrés celsius, et
on a visualisé le faisceau de
lumière issu du miroir
parabolique à l'aide d'une
machine à fumée.
Le miroir parabolique nous a
semblé un moyen plus simple pour concentrer de l'énergie solaire. Il fallait alors passer de
cet objet de petite taille à un dispositif plus grand pour atteindre des températures plus
élevées, d'où l'idée par la suite d'utiliser une antenne parabolique.
Choix du type de papier réfléchissant
Nous aurions pu choisir le papier aluminium car c'est ce qu'il y avait de moins cher à
disposition. Mais le pouvoir réfléchissant de l'aluminium est moins puissant que celui du
papier miroir. En l'aplatissant au mieux, on n'arrive pas à voir une image nette de nous-
même dedans. De plus le papier alu se froisse donc il reflète les rayons du Soleil dans
toutes les directions au lieu d'une direction précise.
Nous aurions pu choisir des tesselles de miroirs, sous forme de petits carrés autocollants
en verre de 1cm². C'est ce qu'il y aurait eu de mieux pour réfléchir la lumière. Mais vu la
surface de parabole à couvrir, nous avons abandonné l'idée quand nous avons calculé le
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