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Enseignement Scientifique Première

Exemple de projet expérimental et numériqueEtude de la qualité de l'air

Présentation du projet

Phase initiale

Expérimentations

Finalisation et communication

Cédric Metge, Lycée Berthelot Toulouse

L’étude de la pollution de l’air par des dispositifs DIY nomades (Do It Yourself) permet de répondre au projet expérimental et numérique du programme de première enseignement scientifique. Dans un premier temps, l’utilisation de capteurs de différents gaz et d’une carte arduino avec enregistrement des données, couvre les trois dimensions du projet : - Utilisation d’un capteur réalisé en classe ; - Acquisition numérique de données ; - Traitement mathématique, représentation et interprétation de ces données. Dans un second temps, l’analyse critique des résultats obtenus par ces capteurs dont la précision et l’exactitude ne sont pas absolues, nous amène à utiliser des banques de données ou open data d’organismes comme les associations agréées de la surveillance de la qualité de l’air. L’utilisation de différents capteurs de gaz permet de différencier les stratégies dans la résolution d’une démarche expérimentale propre au sein des différents groupes de la classe.

Présentation du projet

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Un exemple de dispositif :

Contextualisation«La qualité de l'air peut être modifiée par des polluants qui peuvent être d’origine naturelle ou d’origine anthropique, c’est-à-dire liés à l’activité humaine. La pollution de l’air a des effets sur la santé et l’environnement significatifs qui engendrent des coûts importants pour la société. Le droit européen fixe des valeurs limites pour certains polluants dans l’air à partir des études épidémiologiques, conduites notamment par l’Organisation mondiale de la santé. Malgré une tendance à l’amélioration de la qualité de l’air au cours des 20 dernières années, ces valeurs limites ne sont toujours pas respectées dans plusieurs zones. La France est engagée dans deux précontentieux européens pour la teneur en particules (PM10) et en dioxyde d’azote (NO2) pour une vingtaine d’agglomérations. »Source : Ministère de la transition écologique et solidaireExemple de consigne générale : A l’aide des dispositifs DIY nomades, proposer une stratégie pour argumenter les politiques de prévention et de lutte contre la pollution atmosphérique ?

Présentation du projet

Phase initiale

Séance 1 : Présentation du projet, recherche initiale sur les polluantsatmosphériques et élaboration de stratégies

Capteurs disponibles :Capteur multigaz (CO, NO2)Capteur PPD42 (particules fines PM10)Capteur air intérieur (HCHO)1. Choisir le gaz que vous souhaitez étudier et réaliser des recherches documentaires (nom, origine, effets, seuils, politiques de santé…). Constitution des groupes de 42. Enoncer une problématique adapté à votre gaz et proche de la consigne générale.3. Proposer une stratégie répondant à votre problématique à l’aide du futur dispositif DIY nomade.Appeler le professeur pour validation.

Séance 2 : Construction des dispositifs DIY nomades

Matériel à disponible :oIDE ArduinooCarte Arduino UnooShield stockage Sd avec horloge RTCoModule Grove Base ShieldoCapteur multigaz (CO, NO2)oCapteur PPD42 (particules fines PM10)oCapteur air intérieur (HCHO)Activités :1. A l’aide du matériel fourni et des fiches techniques, construire votre dispositif.2. A l’aide de l’IDE et du programme fourni, téléverser celui-ci dans la carte Arduino.3. Réaliser vos premières mesures pour tester votre dispositif.4. Modifier, dans le programme, le délai des prises de mesures pour votre future expérimentation. (Facultatif)Appeler le professeur pour obtenir de l’aide si nécessaire.

Prise en main

Particules fines

Monoxyde de carbone

Dioxyde d'azote

Dioxyde de carbone

Expérimentations

Séance 3 : Expérimentations avec les dispositifs nomades en classe ou à l'extérieur

Avec le capteur choisi et leur dispositif nomade,les élèves mettent en oeuvre leur stratégie.Cette prise de mesures peut se faire au sein de l'établissement ou en dehors de l'établissement. Dans ce dernier cas, il faudra penser à réfléchir sur les protocoles du prêt du matériel et le risque des expérimentations.

Séance 4 : Traitement, représentation, interprétation des données relevées et fiabilité

Matériel à disponible :oCarte Sd avec les données au fichier csvoLogiciel de traitement de données : Excel, LibreOffice Calc...Activités :1. A l’aide de la fiche technique du gaz étudié, présentez et traitez les données brutes pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la résolution de votre problème sous forme numérique.2. Exploitez les résultats obtenus pour répondre à votre problématique.3.Réalisez des recherches sur l'efficacité et l'exactitude de vos capteurs pour critiquer vos résultats. Questionnement sur l'importance des capteurs et de leurs homologations pour les résultas scientifiques.Appeler le professeur pour obtenir de l’aide si nécessaire.

Finalisation et communication

Séance 5 : Traitements de données à partir des "open data"

Matériel à disponible :oOpen Data du site Atmo-OccitanieoLogiciel de traitement de données : Excel, LibreOffice Calc...Activités :1. Présentez et traitez les données que vous aurez sélectionnées, pour qu'elles apportent les informations nécessaires à la résolution de votre problème sous forme numérique.2. Exploitez les résultats obtenus pour répondre à votre problématique.Appeler le professeur pour obtenir de l’aide si nécessaire.Deux possibilités : les élèves choisissent un fichier avec un nombre de données limité pour le traitement soit unfichieravec de multiples données àsélectionneravec éventuellement un tableau croisé dynamique. (2e SNT : les données structurées et leur traitement)

Séance 6 : Communication du projet

Présentation des projets de chaque groupe :Activités :1. Avant la séance, préparer un court diaporama (3 slides) présentant l'ensemble de vos résultats ainsi que votre démarche.2. Présenter à l'oral (5min) le choix de votre problématique, votre démarche et vos résultats. Capacités argumentaires et oratoires.3. Echanger à l'oral (5min) sur votre travail avec les examinateurs. Solidité des connaissances et capacités argumentaires.