Voiles et énergie éolienne

Voiles et énergie éolienne

14. Conclusion générale

13. Résultats

12. Tests des éoliennes

Notre projet

11. Deux types d'éoliennes

10. Prolongement

9. Conclusion

8. Observations

7. Tests des maquettes

6. Trois maquettes de voiliers

5. Notre problématique

4. Notre objectif

3. La voilerie de Ouistreham

2. Expérimentations préalables

1. Introduction

Introduction

Les élèves de la section voile pratiquent cette activité tous les jeudis après- midi, de la 6e à la Terminale.Lors de sorties en mer mais aussi au cours de séances de théorie, ils développent leurs compétences en navigation. Or, les connaissances dans ce domaine sont souvent liées à la Physique.

Tous les élèves de la section voile ont commencé par faire quelques expériences sur le thème de la mécanique des fluides dans la salle de Physique.Plusieurs ateliers de manipulations leur ont permis de découvrir la poussée d’Archimède, l’effet Venturi, le théorème de Bernoulli, les différents types d’écoulement, l’effet Magnus…

Expérimentations préalables

Expérimentations préalables

Ecoulement laminaire ou turbulent ?

Etude de deux forces : le Poids et la Poussée d'Archimède

Expérimentations préalables

L'effet Venturi

Expérimentations préalables

Application du théorème de Bernoulli

Expérimentations préalables

Pour mieux comprendre la façon dont l’air s’écoule autour des voiles, nous avons rencontré Adrien Vergnot qui dirige la voilerie de Ouistreham que nous avons visitée.Il nous a fait découvrir son métier et nous a montré comment se déroule la fabrication d’une voile de bateau.

La voilerie de Ouistreham

Adrien nous a montré quelles techniques il utilise pour donner à une voile la forme qui lui permet d’être gonflée par l’air de façon efficace et harmonieuse, en insistant sur le raisonnement mathématique nécessaire au calcul des dimensions.Il nous a aussi parlé des matériaux utilisés et de leur résistance aux éléments, des réparations qu’il peut prendre en charge ou non, des différents types de commandes qu’on peut lui faire.

La voilerie de Ouistreham

Chaque élève de la section a pu tester la machine à coudre qui permet d’assembler les différentes parties d’une voile.

La voilerie de Ouistreham

Ce jour- là, les élèves ont rencontré un chef d’entreprise passionné par son travail qui a donné envie à six élèves de 5e d'aller plus loin dans notre projet.

La voilerie de Ouistreham

Avec l’aide d’Adrien et sur des chutes de voiles à jeter, ils ont commencé à travailler.

La voilerie de Ouistreham

De retour au Collège, nous avons regroupé les esquisses des patrons dessinés à la voilerie par thèmes.En pensant aux bateaux des pirates, Arthur avait tracé trois voiles presque rectangulaires de tailles différentes. Gwénael avait commencé à construire un spi (spinnaker) et Clarance une grand- voile triangulaire.L'objectif était alors de fabriquer et de tester trois maquettes de voiliers pour comprendre quels types de voiles utiliser selon les conditions et quels paramètres favorisent la navigation.

Notre objectif

Sans voile, le bateau n’avance pas, il n’a pas d’énergie mécanique.Pour produire de l’énergie mécanique avec les voiles, il faut convertir l’énergie éolienne du vent.Nous avons établi le diagramme énergétique qui montre la conversion d’énergie :

Notre problématique

Notre problématique est alors apparue :Comment les voiles d'un bateau convertissent- elles l’énergie éolienne en énergie mécanique ?

Notre problématique

Projet :Construire des voiles de pirates

ArthurGroult

Projet :Construire une grand- voile

ClaranceMarie-Ernouf

Projet :Construire un spi

GwénaelMarchive

Trois maquettes de voiliers

A la piscine de trouville- SUR- MER

Test des maquettes

Le spi de Gwénael

La grand- voile de Clarance

Le bateau pirate d'Arthur

Test des maquettes

départ de la mini régate

Test des maquettes

Le balai des voiliers

Test des maquettes

LEQUEL DES TROIS VOILIERS FUT LE PLUS RAPIDE face au vent ?

Observations

face à la brise, la GrAND-voile remporte la compétitoN.

Observations

La grand-voile de type bermudienne est solide et évolutive en fonction de la force du vent.Triangulaire, c'est le type de voile le plus utilisé.

Observations

LEQUEL DES TROIS VOILIERS est le plus adapté au vent- arrière ?

Observations

Sans surprise, c'est le spi de Gwénael qui est le plus adapté aux allures portantes.Grand mais léger, le spinnaker est une voile d’avant qui se gonfle en vent-arrière.

Observations

LEQUEL DES TROIS VOILIERS est le moins flexible face au vent ?

Observations

Même si la superposition des voiles carrées sur le mât facilite leur manipulation en divisant leur surface pour une meilleure adaptation de la voilure à la force du vent, le "bateau pirate" d'Arthur n'en a fait qu'à sa tête.Nous avons bien ri en cherchant à comprendre son mode de fonctionnement.

Observations

Au XIXe siècle, les navigateurs sélectionnaient les itinéraires où les vents portants étaient les plus réguliers pour permettre à ce type de voiliers dits à « phares carrés » de naviguer efficacement.

Observations

Rappel de la problématique :Comment les voiles d'un bateau convertissent- elles l’énergie éolienne en énergie mécanique ?

Conclusion

Nous avons compris que plusieurs paramètres favorisent une bonne navigation : creux, dimensions et forme de la voile.De plus, faire avancer un voilier nécessite un bon jeu de voiles.Bien choisir, optimiser et combiner les voiles d'un bateau en fonction du vent est une compétence indispensable en navigation.

Conclusion

Pour convertir efficacement l'énergie éolienne en énergie mécanique, la grand-voile est la meilleure alliée du navigateur. Elle permet de diriger le bateau et de contrôler sa vitesse, en se gonflant ou en se réduisant. C'est la voile la plus polyvalente.Pour naviguer aux allures grand-largue et par vent-arrière, un spinnaker peut être hissé à l'avant si l’on souhaite que le voilier navigue à grande vitesse tout en recevant le vent à l’arrière.

Conclusion

Enfin, la navigation à bords des voiliers à phares carrés est incertaine, c'est pourquoi les gréements bermudiens les ont progressivement remplacés.En dépit de ses limites, la voile carrée a toutefois équipé la plupart des navires long-courriers, les grandes navigations océaniques s’effectuant autant que possible dans le sens des vents dominants.Aujourd'hui, ils assurent toujours les excursions de vieux gréements qui sont souvent classés au patrimoine de nombreux pays.Des rassemblements et courses de vieux gréements ont lieu chaque année dans le monde et rendent compte des qualités bien réelles de ces navires ancestraux pour courir à presque toutes les allures et, toutefois, arriver à bon port.

Conclusion

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Prolongement

Ce phénomène s’appelle l’induction et a été découvert par le physicien Faraday au 19e siècle.L’objectif était alors de faire tourner les aimants autour de la bobine de cuivre grâce à l’énergie éolienne, en fixant leur éolienne sur un alternateur.

De leur côté, Eva, Nathan et Mylan ont voulu construire des éoliennes avec des chutes de voiles.Ils ont appris comment produire de l’électricité avec un aimant et une bobine de cuivre : lorsqu'un aimant est mis en mouvement à proximité d'une bobine de cuivre, cela produit une tension électrique aux bornes de la bobine.

10

Prolongement

Ils ont ainsi voulu poursuivre la conversion d’énergie et produire de l’énergie électrique puis de l’énergie lumineuse selon ce diagramme :

L'éolienne à pales rectangulaires

L'éolienne "Moulin à vent"

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VS

Deux types d'éoliennes

L'éolienne à pales rectangulaires

L'éolienne "Moulin à vent"

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VS

Tests des éoliennes

C'est l'éolienne "Moulin à vent", fabriquée par Eve qui s'est avérée la plus efficace pour faire tourner l'alternateur et allumer la LED.Mieux dimensionnée, sa prise au vent était meilleure que celle des pales rectangulaires.

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Résultats

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Ce projet nous a montré comment les voiles, sur un bateau ou sur une éolienne, peuvent convertir l'énergie éolienne en énergie mécanique.C'est leur forme et leur dimension qui leur confèrent une prise au vent plus ou moins efficace.

Vidéo

ici

Conclusion générale

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