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Transcript

BRIE Rémy CARNOY Maxime

CHEN Roseline FRAIGNAC Marion

Vivre avec le Soleil

PRESENTATION

SOMMAIRE

2. Présentation du projet

9. Séance 3

3. Les rayonnements UV

10. Séance 4

4. Présentation des pastilles UV

11. Séance 5

6. Timeline

12. Résultats expérimentaux

7. Séance 1

13. Avantages/Inonvénients

1. Problématique

14. Contextualisations possibles

8. Séance 2

5. Présentation du capteur UV

Problématique : Est-ce que le matériel Arduino peut remplacer le papier UV ?

1

Présentation du projet

Le but de ce projet est d'utiliser un capteur UV pour tester différents objets que l'on utilise au quotidien :

    • Des crèmes solaires à différents indices
    • Des tissus qui laissent plus ou moins passer les rayonnements UV
    • Des verres de lunettes solaires

Johann Wilheim Ritter (1801) étude du spectre lumineux sur des papiers imbibés du chlorure d'argent, il a observé que le papier brunissait plus rapidement après le violet.

Mise en évidene des UVs proches et moyens.

Vers 1893, les UVs lointains sont découverts par V.Schumann. Il utilise de la fluorine à la place du quartz et travail sous vide pour éliminer l’absorption par l’oxygène.

Découverte des UVs

Les UVA, UV proche, ont une longueur d’onde comprise entre 320 et 400 nanomètres (nm)

Les UVB, moyens, sont compris entre 280 et 320nm.

Les UVC, lointains, sont les UVs avec le plus d’énergie avec des longueurs d’ondes entre 100 et 280nm.

Caractéristique des UVs

Les différents rayonnements UV

La couche d’ozone et l’oxygène dans l’air permettent une absorption de la quasi-totalité de ses rayons.

Ils sont les plus énergétiques et donc les plus dangereux pour l’organisme car ils altèrent les molécules biologiques dont l’ADN ce qui cause des cancers.

Utilisation dans le milieu médical pour la stérilisation de matériel, d’eau ou de l’air.

Les rayons UVC

Les différents rayonnements UV

Ils sont peu absorbés par l’atmosphère.

Principales causes des érythèmes (coups de Soleil) et des cancers de la peau. Ils sont les rayons choisis comme référence pour déterminer les indices de protection solaire.

Un légère exposition à ses rayons favorisent la production de vitamine D.

Les rayons UVB

Les différents rayonnements UV

Pas d’action sur une exposition à court termes mais vont contribués au vieillissement de la peau suite à des expositions régulières. Modification des propriétés de la peau comme l’épaisseur ou de l’élasticité.

Responsables de la pigmentation de la peau, bronzage.

Pas d’indication exacte sur la protection de ses rayons mais indication avec un logo qui induit un protection égale ou au moins le tiers que pour les UVBs.

Les rayons UVA

  • La face avant est une pellicule protectrice ronde qu’il faudra enlever avant l’exposition.
  • La face arrière est constituée d’une surface autocollante.
  • Au départ le papier UV est blanc, lorsqu’il est exposé aux UV il devient bleu.
  • Plus le papier d’UV reçoit d’UV, plus la teinte est bleue.


Présentation des pastilles UV

Présentation du Capteur UV

  • Détection des UV : de 320 nm à 410 nm
  • Interface de connexion sur la carte Arduino : I2C
  • Voltage pour le capteur : 3,3V/5V
  • Sensibilité des UVA : 5μW/cm²/Step

TIMELINE

Début de projet avec une lampe UV et un spectrophotomètre

Séance 1 3 Mars

Séance 2 10 Mars

Séance 3 17 Mars

Séance 4 24 Mars

Séance 5 31 Mars

Montage avec le capteur UV et un Spot + création du code Arduino

Mesure du niveau d'UV au niveau de la lampe (crèmes, tissus...)

Mesure du niveau d'UV au Soleil avec le capteur + papier UV (crèmes, tissus...)

Finalisation de la présentation du projet

+

1980

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+

1990

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+

2000

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+

2010

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+

2020

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Séance 1 : Début du projet

Détermination du spectre lumineux de la lampe UV avec un spectrophotomètre

Expérience n°1

Montage avec une lampe UV et mesure avec un spectrophotomètre

On a placé sous une lampe UV une plaque de verre avec le spectrophotomètre pour visualiser le spectre lumineux de la lampe UV.

Observations : Avec le spectrophotmètre, nous n'avons pas réussi à obtenir de spectre, les longueurs d'onde de la lampe UV ne rentrent pas dans le domaine du visible.

Expérience n°2

Montage avec une lampe UV et mesure avec le capteur UV

On a placé sous une lampe UV une plaque de verre avec le capteur UV pour mesurer des niveaux d'UV.

Observations : Avec le capteur d’UV d’Arduino, on obtient des valeurs entre 1 et 5. En effet, ce capteur n’est pas adapté car il détecte entre 320 à 410 nm.

Programme Arduino utilisé

Séance 2 : Montage avec le capteur UV et la lampe

Mesure du niveau d'UV avec le capteur UV à l'aide d'Arduino

Choix de la lampe

La lampe UV n'était pas adaptée pour notre expérience. On a alors choisi une lampe parmi plusieurs lampes qui nous étaient présentés :

  • Lampe 1 (halogène simple) : 129 UV
  • Lampe 2 (spot) : 700 UV
  • Lampe 3 (boîte) : 7-24 UV
  • Lampe 4 (petit spot) : 700-1000 UV
Nous avons continué nos expérimentations avec la lampe 4 qui envoyait beaucoup plus d'UV que les autres


Expérience n°3

Montage avec le spectrophotomètre et le capteur UV
On a placé sous la lampe spot une plaque de verre avec le spectrophotomètre pour visualiser le spectre lumineux de la lampe UV et le capteur UV pour mesurer les niveaux d'UV.
Observations :

  • On a obtenu le spectre suivant. On peut voir qu'il y a une forte absorbance dans le domaine du rouge.
  • On a mesuré les niveaux d'UV avec et sans la plaque de verre et on a vu une différence : la plaque de verre absorbe des UV.

Montage expérimental

Programme Arduino final

Explication du programme arduino

  • Inclusion des librairies externes par la ligne « #include ».
  • On a ensuite la fonctionnalité char str[]. Qui permet de stocker une chaine de caractère : ici du texte qui permet d’indiquer le niveau d’UV.
  • La première boucle permet d’afficher le niveau d’UV. Si il n’y a pas d’erreur, le capteur fait la mesure. Il y a un pas qui est créé avec la fonction step. Puis qui est lu par le capteur
  • La boucle void setup permet d’initialiser l’écran LCD, ainsi, on définit le nombre de lignes (2 lignes) et de colonnes (16 colonnes) que possède l’écran LCD pour procéder à l’écriture de nos données sur cet écran.

Explication du programme arduino

  • On définit la couleur de l’arrière-plan avec la fonctionnalité lcd.setRGB (0, 0, 0). Pour que le fond d’écran. Cela donne la couleur noir (chaque pixel étant codé sur 8 bit soit 28 valeurs = 256 valeurs. Donc une valeur qui sera entre 0 à 255). La couleur 0, 0, 0 est le noir cela permet d’éviter une consommation électrique inutile.
  • Cela nous a permis aussi d’afficher un titre lorsque l’on démarre le capteur avec un message d’accueil : « vivre avec le soleil 2.0 ».

  • La dernière boucle donne la position dans laquelle on écrit le résultat s’il y a une erreur et le résultat est effacé toutes les secondes.

Séance 3 : Test avec le papier UV

Mesure du niveau d'UV avec le papier UV + Test du passage des UV des crèmes/tissus/lunettes avec la lampe

Expériene n°4

On a testé les pastilles UV à la lumière de la lampe. On a fait les différents tests en se positionnant à 10 cm de la lampe :

- Exposition de la pastille UV sans crème pendant 10 min.
- Exposition de la pastille UV avec différentes crèmes solaires 10 min.

Résultats : Les pastilles UV ont légèrement bleui.

On a refait cette expérience mais avec un repère de 5 cm entre la lampe et les pastilles.

Expérience n°5

Expériene n°5 : Résultats

Malheureusement, le résultat n'est pas exploitable : les pastilles ont trop légèrement bleui pour comparer l'efficacité des crèmes solaires.

Expérience n°6 : Tests des crèmes solaires

Sur la même plaque en verre, on a étalé de manière uniforme les différentes crèmes solaires pour tester le niveau d'UV qui passe à travers.

On avait 4 crèmes solaires différentes :
- Crème solaire d'indice UV 15 (anti-rides)
- Crème solaire d'indice UV 15 (spécial sports)
- Crème solaire d'indice UV 50+
- Crème solaire d'indice UV 50+ en spray

VIDEO

Expérience avec la lampe

Classement des crèmes solaires

  • A gauche : celle qui laisse passer le plus d'UV
  • A droite : celle qui laisse passer le moins d'UV

Expérience n°7 : Tests des lunettes de soleil

Sur la même plaque en verre, on a testé des paires de lunettes de soleil pour voir quelle est l'absoprtion des UV de celles-ci.

On avait 5 paires de lunettes de soleil différentes :

Classement des lunettes de soleil

  • En haut : les lunettes qui absorbent le plus les UV

  • En bas : les lunettes qui absorbent le moins les UV

Expérience n°8 : Tests des tissus

Sur la même plaque en verre, on a disposé différents types de tissus pour vérifier l'absorption des UV.

On avait 6 types de tissus différentes :

Classement des différents tissus

  • A gauche : le tissu qui absore le plus les UV
  • A droite : le tissu qui absorbe le moins les UV

Séance 4 : Mesure du niveau d'UV au Soleil

Test du passage des UV des crèmes/tissus/lunettes avec le capteur au Soleil

Expérience n°9

On a testé les crèmes solaires avec les pastilles UV à l'exposition du soleil pendant 25 min.


On a obtenu les résulats suivants.

Expérience n°10

On a ensuite mesuré à l'exposition du Soleil grâce à notre capteur UV, les différents niveaux d'UV pour :

  • Pour les crèmes solaires
  • Pour les lunettes de Soleil
  • Pour les différents tissus

Séance 5 : Finalisation du projet

Préparation de la présentation du Projet "Vivre avec le Soleil"

Pendant cette dernière séance :

  • Préparation du support visuel du projet
  • Préparation de la mise en contexte de notre projet


Récapitulatif pour les crèmes solaires

  • On obtient toujours le même classement que ce soit à l'exposition de la lampe ou du Soleil
  • On a des valeurs de niveaux d'UV similaires malgré les conditions différentes et le fait qu'on avait pas la même référence au départ.

Récapitulatif pour les lunettes de Soleil

  • On obtient toujours le même classement que ce soit à l'exposition de la lampe ou du Soleil.
  • On a des valeurs de niveaux d'UV similaires malgré les conditions différentes et le fait qu'on avait pas la même référence au départ.

Récapitulatif pour les différents tissus

  • On obtient toujours le même classement que ce soit à l'exposition de la lampe ou du Soleil
  • On a des valeurs de niveaux d'UV similaires malgré les conditions différentes et le fait qu'on avait pas la même référence au départ.

VERSUS

Capteur UV

1. Permet de faire des mesures de niveaux d'UV quantitatives grâce à un programme (Arduino)

2. Peut être utilisé dans les lycées (voire les collèges) et se porter sur une notion du Bulletin Officiel

3. Facilement transportable avec une carte SD et peut être utilisé partout

Pastilles UV

1. Permet de mesurer qualitativement le niveau d'UV (intensité de bleu)

2. Peut être utilisé dans les écoles élémentaires et les collèges en tant qu'indicateur de rayonnements UV

3. Peut être utilisé n'importe où et utilisation facile (enlever une protection)

4. Pastilles UV peu coûteuses à utilisation unique

4. Matériel plus coûteux mais réutilisable

Contextualisation possible

À l'école (cycle 3)

Thème : Soleil et santé

Prendre conscience des points positifs et négatifs : Quels sont les effets du Soleil sur notre santé ?

Échange avec les élèves en classe.

Utilisation : papier UV

Au lycée

Filière STL - Spécialité SPCL

Terminal : projet technologique

Projet de groupe (2-3) sur une problématique. Puis mener une démarche scientique approfondie , en mettant en oeuvre des expériences.


Utilisation : Arduino

En lien avec les programmes

Cycle 2 et 3

1. De l'enfant à l'élève : coopérer et devenir un élève autonome

2. Découvrir le monde qui nous entoure : s'interroger sur le monde du vivant, de la matière...


3. Langue française : échanger, s'exprimer, comprendre, écrire...

Lycée

1. S'approprier une problématique, recherche biblio.

2. Planification des phases du projet et gestion du temps

3. Autonomie, esprit d'initiative. Participation au travail d'équipe.

4. Mettre en oeuvre des act. exp. les analyser et les valider ou non

Bibliographie

https://www.benelux.ledvance.com/fr/particuliers/decouvrez-le-pouvoir-fascinant-de-la-lumiere/les-uv-c-luttent-contre-les-virus-et-les-microbes


https://www.pediatre-online.fr/dermatologie/quelles-differences-entre-uva-uvb-et-uvc/

https://www.laboratoires-biarritz.com/blog/uva-uvb-uvc-on-vous-explique-tout-sur-les-uv/

Equipe

Rémy

Roseline

Maxime

Marion

THANKS!