Activité pour la classe	Un ballon pour l'école
Juin 2001		Ecole J.J. Rousseau Rue du Chemin Vert 93000 Bobigny		Marie-Lise LOPEZ
Cycle 3		Points du programme : mécanismes, transmission du mouvement, réalisation technologique, fabrication et utilisation d'instruments de mesures, la planète Terre, l'air et l'eau		ml.lopez@wanadoo.fr

Objectifs de connaissance : travailller sur un projet jusqu'à sa phase finale, émettre des hypothèses et concevoir les moyens de les vérifier, constater la nécessité de mesurer et savoir procéder à des mesures en utilisant des instruments de mesure adaptés, construire un objet technologique qui corresponde au projet, respecter un cahier des charges, savoir présenter et analyser les résultats.

Matériel : l'essentiel est fourni par le CNES, sauf le styrodur pour construire la nacelle

Pour la classe : cela dépend du volume de la nacelle et des expériences prévues

Par groupe d'élève : selon les expériences prévues par chaque groupe

Présentation : Il s'agit d'un projet en partenariat avec le CNES et l'ANSTJ : "Un ballon pour l'école". Chaque année le CNES choisit quelques classes ayant déposé leur dossier de candidature. Le but est de construire une nacelle contenant des expériences en fonction des questions des élèves, cette nacelle est ensuite incluse dans une chaîne de vol d'un ballon stratosphérique, c'est à dire un ballon gonflé à l'hélium et montant jusque dans la stratosphère (40km d'altitude).La chaîne de vol est constituée, en plus du ballon et de la nacelle, d'un réflecteur radar pour les aiguilleurs du ciel et d'un parachute pour la descente de la nacelle. Un "suiveur" prend la classe en charge et vient 3 fois dans l'année, environ, voir l'évolution du travail et donner toutes les informations techniques nécessaires. Un compte-rendu à l'issue de chacune de ces visites est obligatoire et doit être rédigé par les élèves. La construction de la nacelle doit répondre à un cahier des charges rigoureux pour des raisons de sécurité, le jour du lâcher seul un aéro-technicien donne son accord pour l'envol après avoir vérifié que chaque point du cahier des charges a été respecté. La date du lâcher est imposée par le CNES, il a lieu sur le site de Météo france à Trappes pour la région parisienne.

Séquence N°1

Information sur l'atmosphère terrestre, la couche d'ozone, l'effet de serre, réalisation de posters.

Informations pour le maître

L’espace est un milieu hostile : il est traversé par de nombreuses particules soumises à de très grandes vitesses. Heureusement pour nous, la Terre est séparée de l’espace par une sorte de cocon, un océan d’air : l’atmosphère.

C’est elle qui nous protège et qui a permis aux plantes et aux animaux de se développer.

L’atmosphère est constituée de plusieurs couches dont la troposphère et la stratosphère.

La troposphère : épaisse d’une dizaine de kilomètres et dans laquelle nous vivons, c’est le bleu du ciel où se trouvent les nuages, le vent et donc la pluie. Or c’est l’eau qui permet la vie sur Terre. La température diminue avec l’altitude, jusqu’à – 56° environ à son sommet.

La stratosphère : épaisse de cinquante kilomètres environ, le bas de cette couche est rempli d’un gaz appelé ozone. L’ozone agit comme une multitude de petits miroirs renvoyant les rayons de lumière, la température augmente donc. Certains rayons solaires sont donc renvoyés dans l’espace alors que d’autres parviennent jusqu’au sol et chauffent la planète.

Les voitures et les usines émettent des gaz dangereux pour la troposphère (effet de serre), et les bombes aérosols des gaz dangereux pour la stratosphère (destruction de la couche d’ozone).

Ensuite on trouve la mésosphère, de 50 à 85 Km, la température y redescend, puis la thermosphère, de 100 à 300 Km, la protection contre l’énergie solaire y étant plus faible, la température augmente. Au dessus de 300 Km, on est presque dans le vide spatial, c’est l’exosphère.

L’atmosphère est formée majoritairement d’azote ( 78% ) et d’oxygène ( 20,9%). L’argon et la vapeur d’eau représentent le 1% restant. On trouve des traces d’autres gaz comme le Néon, le Krypton, l’Hélium, l’Hydrogène, l’Ozone…etc.

La pression atmosphérique représente la force exercée par l’air sur l’unité de surface, 1 m2. Cette force considérable au niveau du sol s’exerce sur toute surface quelle que soit son orientation : elle est équivalente à celle exercée par le poids d’une masse de 10 tonnes posée sur une surface horizontale de 1 m2 ! Cette comparaison mise à part, il ne faut pas assimiler la pression atmosphérique au simple poids de la colonne d’air au dessus d’un objet, le poids étant lui systématiquement orienté vers le centre la Terre alors que la pression s’exerce identiquement sur toute ses faces. Nous résistons à cette pression tout simplement parce que la même pression règne à l’intérieur des fluides que contiennent nos cellules ! Nous sommes en revanche plutôt gênés sous l’eau (la pression augmente d’une atmosphère environ tous les dix mètres) et encore plus gênés dans le vide, même équipés de bouteilles pour la respiration : la pression interne de chaque cellule fait alors éclater la membrane cellulaire !

Cette pression atmosphérique n’est pas uniforme puisque l’épaisseur de l’atmosphère, sa température et donc sa densité ne sont pas les mêmes partout. Néanmoins l’atmosphère exerce une pression moyenne de 1013 hectopascals (hPa) à la surface terrestre, au niveau de la mer. Depuis Torricelli (1643), cette mesure se fait avec le baromètre à mercure : la pression moyenne correspond au poids d’une colonne de mercure de 760 millimètres de hauteur sur une surface de 1 cm2. L’unité internationale de la pression atmosphérique étant l’hectopascal ( anciennement millibar), cette colonne de mercure vaut 1013 hPa à la latitude de 45° et à une température de 0°C ( la densité du mercure variant avec la température).

Ce sont les variations horizontales de la pression atmosphérique qui engendrent les vents, l’air s’écoulant d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. La diminution verticale de la pression a des effets sur les propriétés de l’air : une masse d’air qui monte subit une pression de plus en plus faible et se dilate et donc se refroidit, une masse d’air qui descend subit une pression de plus en plus forte, il y a compression donc échauffement. Cet échauffement et ce refroidissement de l’air dus uniquement aux variations de pression sont dits adiabatiques, ils jouent un rôle essentiel en météorologie.

Effet de serre et trou d'ozone :

Certains gaz de l’atmosphère (vapeur d’eau, CO2) sont transparents aux rayonnement visibles qui proviennent du soleil mais réfléchissent ensuite vers le sol les rayons infrarouges produits lors de l’échauffement du sol terrestre frappé par ces rayons visibles. En empêchant ces rayonnements thermiques de s’échapper vers l’espace, ces gaz provoquent le même phénomène que celui bien connu provoqué par le vitrage d’une serre : une élévation de la température moyenne. Sans cet effet naturel, la température moyenne à la surface de la Terre serait de – 18° au lieu de 15° C. D’autres gaz liés à l’environnement terrestre amplifient cet effet de serre naturel : CFC (Chlorofluorocarbones), oxyde d’azote….Les rejets industriels contribuent aussi à augmenter la densité de gaz à effet de serre par rapport à la densité naturelle, entraînant inéluctablement une augmentation de la température moyenne du globe. Conséquences : augmentation des cyclones tropicaux, montée du niveau des mers, diminution des chutes de neige, affaiblissement du " Gulf stream " du fait de la fonte des glaces polaires, déplacement des zones favorables à l’agriculture. Les changements rapides liés à l’activité humaine représentent un phénomène nouveau pour la science qui ne connaît pas encore toutes les réactions de la Terre.

Le rôle de l’ozone :

L’ozone de la stratosphère est utile mais semble se raréfier, tandis que celui de la troposphère qui s’accumule près du sol est néfaste : il irrite la gorge, les bronches et les yeux. Nocif pour les êtres vivants, il sert à épurer l’eau car il détruit les bactéries !

Dans la stratosphère, l’ozone filtre les rayons ultraviolets dangereux pour la végétation et les êtres vivants. Sans l’ozone stratosphérique, le plancton des océans et l’ensemble des végétations terrestres et marines seraient malades et le cycle alimentaire perturbé : moins de poissons, disparition ou mutation des céréales et de l’élevage. L’excès d’ozone dans la troposphère et sa diminution dans la stratosphère sont dus aux rejets gazeux comme le CFC. En 1990, 70 pays ont décidé d’interdire les CFC avant l’an 2000.

" trou d’ozone " chronologie :

1979 : les anglais mesurent une baisse de 10% de l’ozone au dessus de l’Antarctique, " erreur de mesure " pensent-ils.
1985 : diminution de moitié !, les américains épluchent les données de leur satellite Nimbus 7 et confirment. Le trou s’agrandit chaque année au dessus du pôle sud, tandis que la présence de chlore augmente.
1990 : les accords de Londres, 70 pays décident d’interdire les CFC, dérivés du chlore nuisibles pour l’ozone. Un énorme marché s’ouvre pour les producteurs de CFC dont les contrats arrivent à échéance, avec la mise au point de produits de substitution.
1991 : éruption du volcan Pinatubo aux Philippines. Le chlore libéré par le volcan détruit massivement l'ozone en janvier et février, puis retombe en mars limitant les dégâts.
1992 : le Canada installe un système de surveillance de la couche d’ozone au dessus de son territoire. Chaque jour, la population est informée du danger d’exposition prolongée au soleil. Les mesures montrent une raréfaction de l’ozone au dessus de l’Europe du nord, sur une zone voisine du cercle polaire.
1993 : les mesures indiquent une augmentation continue des substances chlorée dans la stratosphère polaire qui coïncident avec la raréfaction de l’ozone.
Le phénomène " El Niño " :

" El Niño " est une anomalie climatique qui paraît sur les côtes de l’Amérique du Sud vers Noël, d’où son nom en espagnol (l’enfant Jésus).

Séquence N°2 et suivantes :

Construction de la nacelle et évolution des expériences.

Les enfants adhèrent au projet avec enthousiasme, plusieurs questions se posent. La classe est donc organisée en groupes travaillant sur une seule expérience. Régulièrement nous procédons à une mise en commun du travail, des difficultés rencontrées, des solutions proposées; les groupes échangent, critiquent, donnent des idées. Au fur et à mesure les élèves se sont confrontés à des problémes de choix d'instruments de mesure, de précision de la mesure, de conservation de ces mesures pour pouvoir ensuite les analyser.

Les expériences concernent : la pression, est-elle plus ou moins importante en fonction de l'altitude; la température, fait-il plus chaud ou plus froid, sur cette question la classe est partagée; l'humidité de l'air; l'existence des rayons ultra-violets et l'acidité de l'air, il s'agit d'élèves ayant travaillé sur l'eau l'an dernier, pour eux l'air peut réagir à du pH mètre comme l'eau et ils ont entendu parler des pluies acides; photographier la Terre vue d'en haut. Pour les aider, je leur ai demandé de faire un exposé sur les instruments de mesure en météorologie et nous sommes allés visiter l'exposition "Mesurer l'atmosphère" au Musée des Arts et Métiers. (Merci à Jean-Michel Fras PIUFM de physique IUFM Bobigny-Livry-Gargan, pour ses conseils sur la pression et la température en haute atmosphère; et à Cyril Bolis pour son cours sur la poussée d'Archimède !)

Le groupe travaillant sur "photographier la Terre" a eu le plus de difficultés mais ils y sont arrivés. Cela nous a permis un travail important et intéressant sur les engrenages, notamment comment ralentir la vitesse de sortie par rapport à celle d'entrée (un moteur cela tourne très vite !) tout en donnant un maximum de force pour appuyer sur le déclencheur. (Un grand merci à Françoise Vann et Gilles Nickelsen PIUFM de technologie IUFM Bobigny- Livry-Gargan pour leur aide et le prêt de matériel)

Les comptes-rendus des élèves montrent bien l'évolution de leur questionnement et de leur travail.Ce fut un bon prétexte à l'expression écrite, et chaque groupe a profité des ateliers informatiques pour les rédiger sur ordinateur.Là aussi la progression dans la maîtrise de l'outil informatique est visible.

Autre précision : à propos de la construction de la nacelle, qui est un problème tout aussi important et difficile que les expériences à embarquer, les élèves ont suivi naturellement plusieurs étapes: d'abord une maquette en carton pour avoir une idée des dimensions, ensuite la construction d'un prototype qui a révélé plusieurs erreurs de conception, enfin la nacelle finale qui doit s'envoler.

1èr compte-rendu

Bobigny, le 20/11/2000

classe de CM1a

1ère visite pour " un ballon pour l’école ", compte-rendu

Le lundi 13/11 Grégoire est venu nous voir. Il s’est présenté et il nous a montré des diapositives sur plusieurs sortes de ballons. Il nous a dit que les ballons ouverts étaient à air chaud (la montgolfière, la 1ère en 1783) et les ballons fermés gonflés avec un gaz, l’hydrogène et maintenant l’hélium.

Ensuite il nous a expliqué la chaîne de vol en la dessinant au tableau, il nous a montré le parachute et le réflecteur radar.

Ensuite il a répondu à nos questions (pourquoi le ballon éclate ?, pourquoi on ne peut pas dépasser 2,5kg pour la nacelle ?….) il nous a parlé de sécurité et il a interrogé tous les groupes sur leurs expériences et hypothèses.

Groupe 1 : Abdelkader, Déborah, Katou, Sofiane, Julie

Travail sur la pression : on veut savoir si elle change ou non et si à un moment on est dans le vide. Hypothèse : on pense qu’elle descend, on a construit des baromètres et on cherche des expériences qui réagissent avec la pression.

Groupe 2 : Saber, Yvan, Aurélie, Augustin

Travail sur les U.V. et l’acidité de l’air : on veut avoir la preuve que les UV existent et savoir si l’air est acide ou basique (comme l’eau). Hypothèse : les UV on sait, on pense que l’air peut être acide ; UV : on va faire réagir une pellicule photo vierge, acidité : on va mettre du pH mètre. Problème : où trouver les filtres UV et comment protéger le pH mètre de la pluie.

Groupe 3 : Jeanne, Youcef, Tony, Adrien

Travail sur l’humidité de l’air : on veut savoir si l’air est humide en haut. Hypothèse : il y a plus d’humidité (nuages) on construit un psychromètre, on fait des essais avec du buvard .

Groupe 4 : Johnny, Ali, Rhéda, Nathalie

Travail sur la température : savoir si la température change. Hypothèse : on n’est pas d’accord, plus chaud parce qu'on se rapproche du Soleil ou plus froid parce qu'on vea vers le vide de l'espace. Expériences : Chaud : on met de l’eau dans un récipient avec un repère, elle va s’évaporer. Froid : eau dans une bouteille, elle va geler et la bouteille va éclater !

Groupe 5 : Sarah, Alexandre, Yoann, Daunia, Stéphane

Travail sur les photos de la terre : on veut la voir d’en haut. Problème : comment déclencher l’appareil régulièrement, on fait un essai avec des Légos Technics.

A la prochaine rencontre ! A bientôt

Les élèves de CM1a

2ème compte -rendu

Groupe 1 – visite n°2 – La pression

On sait qu’il faut un baromètre pour mesurer la pression, alors on a décidé d’en construire un avec un morceau de ballon de baudruche tendu sur un pot en verre, collée dessus il y a une paille avec au bout une mine de crayon gras. A côté on place une bandelette de papier sur laquelle la mine dessinera. Le zéro ce sera la pression au décollage, on fera un trait sur la bandelette avec un crayon de couleur pour faire la différence.

On va mettre le baromètre dans un coin de la nacelle pour qu’il tienne bien, avec autour des morceaux de styrodur pour bien le caler et au fond du pot en verre du scotch double face pour pas qu’il tombe si la nacelle se renverse.

Puis on va installer 4 ballons dans la nacelle : 1 très gonflé, 1 moyennement gonflé, 1 très peu gonflé et 1 pas gonflé du tout. S’il y a beaucoup de pression les ballons vont se dégonfler et le pas gonflé n’aura pas changé ; s’il y a moins de pression les ballons vont gonfler et le pas gonflé l’aspect du " plastique " aura changé, même s’il se redégonfle après. On va les étalonner : on mesure le tour de chaque ballon avec une ficelle, au retour on recommencera à mesurer avec la ficelle et on comparera.

JJ Rousseau 29/01/01 atelier informatique CM1A

Groupe 2 – visite 2 – UV et acidité

Hypothèse : pour les U.V. : on sait que ça existe mais on veut en avoir la preuve ; l’acidité : on pense que l’air est acide.

Les U.V. : nous allons mettre une enveloppe avec des filtres, qui ne laisse pas passer la lumière mais qui laisse passer les U.V., dedans il y aura un morceau de pellicule vierge. On aura fait la même expérience au sol, ensuite on comparera….

On s’est renseigné pour les filtres : il faut utiliser un filtre Kodak 18A, mais le laboratoire des chercheurs de l'Université de Paris XIII qui travaille avec nous n’en n’utilise pas. Ils nous ont dit que peut être les verres des lampes à " lumière noire " marcheraient mais on ne sait pas où en trouver. On va donc écrire à Kodak leur expliquer notre projet et leur demander de nous envoyer gratuitement des filtres.

Acidité de l’air : on a pris des bandelettes de pH mètre que nous mettrons à l’extérieur de la nacelle.

Problème : le pH mètre peut réagir aux nuages. Nous avons eu une idée : nous allons mettre des bandelettes dans la nacelle, et celles à l’extérieur seront protégées par un petit toit en plastique. Gwénaël et Valérie ( nos "suiveurs") nous ont dit de prendre quelque chose de plus dur comme du styrodur ou du balsa , pour pas que ça s’aplatisse au décollage . Il faudra aussi arrondir les angles de ce petit toit.

CM1A JJ Rousseau 19/02/01 atelier informatique

Groupe 3 – visite n° 2 - humidité

Compte – rendu pour Gwénaël et Valérie

Hypothèse : on pense qu’il y a de l’humidité dans la stratosphère à cause des nuages car ils sont formés par de petites gouttelettes d’eau.

Nous avons expliqué que au début on voulait prendre l’hygromètre de la maîtresse mais on ne savait pas comment récupérer les données.

La maîtresse nous a demandé de faire un exposé sur les instruments de la météo, Ivan nous a ramené un livre et dedans nous avons vu un psychromètre.

Ensuite on a pris un peson (10g à 100g) sur lequel on a mis un fil avec du papier buvard, ça n’a pas marché et le peson s’est cassé.

Alors Tony a eu l’idée de faire une " balance " en Légos ; comme fil on a pris du fil de pêche sur lequel il y a du papier filtre et de l’autre côté du fil avec le même poids de carrés de plastique parce que ça n’absorbe pas l’humidité . Au bout de la tige côté papier filtre on a mis une mine de crayon qui marque sur une bande de papier ; le zéro correspond au moment où la balance est en équilibre. Pour que ça marche bien il faut séparer les carrés de papier filtre sinon c’est trop épais et il faut beaucoup d’humidité pour que la balance penche (on a fait des essais avec des casseroles d’eau chaude).

Problème : on doit régler la sensibilité de la mine pour éviter les fausses données provoquées par les balancements du ballon.

CM1A JJ Rousseau 19/02/01 atelier informatique

Groupe 4 – visite 2 – la température

On voudrait savoir est ce qu’il fait plus chaud ou plus froid en altitude.

Notre expérience : prendre une bouteille et un récipient remplis d’eau. Le récipient a un couvercle percé de petits trous. Si il fait chaud, l’eau du récipient va s’évaporer ; si il fait froid l’eau dans la bouteille va geler et la bouteille va exploser.

Pour le récipient on a encore un problème : comment l’attacher dans l’abaque ? Pour tenir la bouteille on met un scratch.

Pour avoir quand même une idée de la température on mettra dans la nacelle un thermomètre mini-maxi qui enregistre les données.

Et puis on a tout pesé : 344g. Mais la bouteille en plastique remplie d’eau qu’on a mis dans le freezer du frigo n’a pas explosé quand l’eau a gelé. Peut être qu’il faut prendre une bouteille en verre, on va faire des essais. On a vu avec Gwénaël et Valérie qu’il faut isoler nos expériences des autres pour ne pas les fausser ( la bouteille en explosant peut faire éclater les ballons, l’eau en s’évaporant peut faire réagir le pH mètre…)

CM1A JJ Rousseau 26/02/01 atelier informatique

Groupe 5 – visite 2 – photos

On veut voir la Terre de plus haut.

Expérience : on va mettre un appareil photos à avance automatique dans la nacelle , qui va photographier la Terre toutes les 10 minutes.

Problème : c’est comment fabriquer le mécanisme pour déclencher l’appareil photos. On a bien regarder le mouvement qu’il nous faut faire et c’est un va- et vient. La maîtresse nous a montré un système bielle – manivelle. On en a fait une maquette en carton pour bien comprendre. Le rond sera une roue dentée, une autre plus petite tournera avec un moteur. Gwénaël nous a aidé à construire un mécanisme avec des engrenages à tester.

Le problème c’est de savoir si ça va appuyer assez fort sur le déclencheur, il faut aussi consolider le montage qui bouge trop, et que le moteur tourne à la bonne vitesse, pour ça on va mettre plusieurs engrenages. Comme avec les Légos c’est pas assez solide on va faire les tests avec des Mécanos.

CM1A JJ Rousseau 26/02/01 atelier informatique

Projet Mai 2001

" Un ballon pour l’école " projet pour mai 2001

Pour le mois de Mai nous voulons faire une exposition sciences dans le préau du 14 au 28 et après il y a " La fête de la science " à Drancy.

On a l’idée de faire des panneaux avec des affiches, des photos, des éléments du ballon – le réflecteur radar et le parachute et la nacelle- Pour ça on a demandé l’autorisation à la maîtresse et à la directrice, elles sont d’accord. On a demandé les éléments du ballon à Valérie et Gwénaël nos suiveurs, ils sont d’accord. On va envoyer une lettre à la mairie de Bobigny pour qu’ils nous prêtent des grilles (10).

Pour la nacelle, comme elle risque d’être abîmée, on va en construire deux, la première nous servira d’essai et c’est celle -là qu’on va montrer.

La maquette

Le prototype

Cm1a JJ Rousseau 08/03/01 atelier informatique

3ème compte-rendu

Groupe 1 : visite 3, la pression

On a bientôt fini avec notre baromètre, il nous manque juste la mine de crayon.

Nos ballons de baudruche se dégonflent tout le temps (c'est peut être la pression qui change ?!), alors on a eu une idée : on gonflera nos ballons que le jour du lâcher et on les étalonnera à ce moment là.

21/05/2001 Atelier informatique CM1A

Groupe 2 - visite 3 - les rayons U.V. et l'acidité de l'air

Compte rendu pour Valérie et Gwénaël

Pour le pH mètre on a construit un petit toit en plastique rigide avec les coins arrondis et des supports du petit toit en carton pour que tout s'écrase si le ballon rencontre un obstacle, donc c'est terminé.

Pour les U.V., la maîtresse n'était pas contente parce qu'on n'a pas écrit la lettre à Kodak pour le film UV Kodak 18A et maintenant c'est trop tard !! Alors la maîtresse a retrouvé chez elle du papier qui réagit au soleil ,heureusement ! On a fait des essais : on place un dessin, on met le papier au soleil et après on le passe sous l'eau, le dessin apparaît blanc et autour le papier est bleu. Mais le bleu n'est pas le même tout le temps, ça dépend du temps où on l'a laissé en plein soleil et on s'est rendu compte que ça dépend aussi si la lumière est forte ou pas.

Alors on a fait des bandelettes de ce papier pour étalonner : exposition 5 minutes, dans le couloir, dans la classe lumières allumées, dans la cour à l'ombre, dans la cour au soleil, ça nous fait un dégradé de bleu du plus clair au plus foncé. On va recommencer la même chose mais pour une exposition d'un quart d'heure puisque le ballon va rester longtemps dans l'atmosphère.

Le jour du lâcher on mettra un morceau de ce papier à l'extérieur de la nacelle, un autre mais mis dans un sac en plastique noir, et on fera un test au sol pour pouvoir comparer. Si on récupère la nacelle on pourra comparer l'état des morceaux de papier avec celui exposé au sol et les bandelettes d'étalonnage.

CM1A JJ Rousseau 28/05/01 atelier informatique

Groupe 3 - visite n° 3 - humidité

On a modifié notre balance - psychromètre, on l'a fabriquée en mécano c'est plus solide, et la maîtresse nous a aidés à fixer le crayon parce qu'il tombait tout le temps. Dans la nacelle, on attache la balance avec un petit fil parce que sinon elle tombe dès qu'on remue la nacelle.

On avait un problème avec les fausses données de départ puisque la nacelle bouge beaucoup et que le crayon écrit tout ça sur la bande de papier millimétré. On a fait des simulations en secouant la nacelle prototype dans tous les sens et on s'est aperçu que finalement on peut repérer ce moment parce que le dessin tracé par le crayon fait un arc de cercle assez grand et on pense que le tracé des changements d'humidité ne vont pas être pareils.

C'est tout, on est pressé de voir décoller le ballon et on espère qu'on va le retrouver !

CM1A JJ Rousseau 21/05/2001 Atelier informatique

NOTA :

On va devoir refabriquer la balance parce que comme on a exposé la nacelle prototype dans le préau et qu'il y avait des ateliers pour expliquer nos travaux à toutes les autres classes, la balance a été très souvent manipulée alors elle est déréglée et on a perdu quelques carrés de papier filtre, mais c'est pas grave !

CM1A JJ Rousseau 28/05/2001 Atelier informatique

Groupe 4 - visite 3 - la température

Pour le thermomètre on a étudié le mode d'emploi pour bien savoir le mettre en route avant le lâcher. On s'est dit aussi qu'il faudrait qu'on amène un autre thermomètre pour savoir la température au sol le jour du lâcher.

Pour les expériences avec l'eau : le petit récipient avec le couvercle percé, pas de problème , on a fait des simulations en le remuant dans tous les sens et même fort, l'eau ne tombe pas par les petits trous.

Mais on a fait plein d'essais avec plusieurs bouteilles en plastique différentes, on les a faites gelées, aucune n'a explosé elles étaient juste un peu déformées. Une bouteille en verre quand l'eau est gelée ça explose bien mais trop fort, ça mettrait plein de morceaux de verre partout; alors au début on avait pensé à la mettre dans un sac plastique. Mais quand même du verre cassé dans la nacelle, si jamais elle tombe sur quelqu'un ou un animal c'est peut être dangereux !Alors notre maîtresse nous a donné une idée, on va utiliser des ampoules de sérum physiologique (c'est dur à dire !) pour les bébés et comme il y a deux mamans de la classe qui travaillent dans un hôpital on en a plein. Si elles gèlent, comme c'est petit et que le verre est fin, en éclatant ce sera moins dangereux. Par précaution on mettra un film plastique par-dessus la barquette.

En plus on en a de deux sortes : des ampoules d'eau salée (il y a marqué Na dessus, la maîtresse nous a dit que c'est le symbole de Sodium en chimie, et le sodium c'est du sel - qu'est ce qu'on devient savants !) et des ampoules d'eau pure. Alors on va en faire geler et on va regarder si ça gèle à la même température, là on n'est pas d'accord, il y en a qui pense que c'est pareil et d'autres qui pensent que non parce que justement quand il fait très froid on met du sel sur les routes pour pas qu'il y ait du verglas. La maîtresse a un thermomètre sonde pour avoir une température précise. Et ça nous permettra d'avoir un meilleur étalonnage.

CM1A JJ Rousseau 21/05/2001 Atelier informatique

Groupe 5 - visite 3 - photos

Notre mécanisme n'est pas encore complètement au point. Valérie et Gwénaël nous ont donné plein de conseils. Il faut qu'on élimine un maximum de frottements pour que tout tourne facilement, pour tester il faut par exemple que tous les engrenages tournent très facilement quand on actionne une roue à la main. On a aussi bien nettoyé la tige en plastique, et au bout on a rajouté un gros embout en plastique pour que ça appuie bien fort sur le bouton de l'appareil. On a aussi changé de moteur qui a un axe bien centré cette fois, il tourne un peu plus vite que l'autre alors on a rajouté des engrenages. En tout maintenant il y a 3 petites roues dentées et 3 grandes roues, une petite roue en entrée et une grande en sortie pour ralentir la vitesse. La petite roue fait 6 tours pour que la grande en fasse 1, 3 fois comme ça et la roue de sortie tourne 18 fois moins vite que celle d'entrée ! Maintenant il faut bien régler la distance entre la tige et l'appareil, quand c'est bien réglé ça marche. On a tout installé sur une plaque de styrodur qu'on collera au dernier moment dans la nacelle, c'est plus facile comme ça de travailler. On a pensé aussi au système pour attacher le mécanisme, comme c'est lourd le scotch double face ne suffit pas. La plaque mécano de base a des trous alors on passera du fil électrique, par exemple, pour tout attacher à celle en styrodur. Il faudra aussi attacher solidement le boîtier qui contient les piles et l'interrupteur.

On a plein de choses à faire le jour du lâcher alors pour rien oublier on s'est fait un "pense - bête" sur une feuille. Il nous tarde de voir partir le ballon mais on a peur d'oublier quelque chose ou qu'il y ait un problème…On a beaucoup, beaucoup travailler pour les photos alors il faut que ça marche ! Et puis on espère retrouver le ballon et qu'il y ait au moins une photo de la terre vue d'en haut qui soit bien !!

CM1A JJ Rousseau 28/05/2001 Atelier informatique

NOTA :

Pendant les journées de la science à Drancy, Gilles un professeur de technologie nous a expliqué qu'à la place des petites roues dentées il fallait mettre des vis sans fin et qu'on pouvait utiliser des Légos. Pour que ce soit stable on peut les coller entre eux, il était épaté par notre travail. Le lendemain il est revenu et il a donné à la maîtresse tout le matériel nécessaire, c'est gentil ! On va donc tout refaire avant le lâcher.

LE PROTOTYPE

Fabriquer le prototype nous a permis de voir qu'on avait fait des bêtises :

Mauvaises dimensions sur les plans, on avait oublié de compter l'épaisseur des morceaux, 3cm de chaque côté à chaque fois; c'est Johnny qui s'en est aperçu.
Le couvercle n'est pas droit, mauvaises dimensions des "baguettes" et on les a collées de travers, on n'a pas fait ce qu'on a appris en géométrie : pour faire un angle droit il faut utiliser l'équerre !
On a mis l'isolation trop tôt, il faut faire les trous pour l'appareil photos, la sonde, l'interrupteur, et placer le petit toit pour le pH, avant.
Les expériences sont mal placées, tous les objets lourds sont du même côté, il faut équilibrer la nacelle sinon elle décollera penchée.
C'est le prototype qu'on va exposer dans le préau et à la Fête de la Science à Drancy.

25/05/2001

On a pesé la nacelle :

Masse totale : 2,350 kg

Plus petite surface : 50 x 30 = 1500 cm2

Masse surfacique : 1,56 g / cm2

NOTA : 07/06/2001 comme le mécanisme pour l'appareil photo est en Légos qui sont plus léger que le Mécano on a repesé la nacelle : 2,250 Kg, donc une masse surfacique de 1,5 g/cm2 (on ne doit pas dépasser 2,5kg au total et 13g/cm2).

FABRICATION DE LA NACELLE EN PHOTOS :

Plan de la nacelle

Tracer les différents morceaux

Découpage

Collage

BALLON MODE D'EMPLOI

Pour lâcher le ballon il faut l'autorisation de l'aviation civile
La chaîne de vol est constituée d'un ballon, d'un parachute, d'un réflecteur radar et de la nacelle
Le ballon est gonflé à l'hélium, un gaz plus léger que l'air et ininflammable donc sans danger
Le ballon est en latex de quelques microns d'épaisseur !, il faut le toucher avec des gants car c'est très fragile, le moindre petit trou et….il ne décolle pas !
Le parachute est rattaché à la chaîne par plusieurs cordes
La corde mesure environ 10m, elle a une résistance de 230N (newton) ça veut dire que la tension de rupture est de 23kg, au cas où le ballon rencontre un obstacle la corde doit casser facilement
Le réflecteur radar permet aux aiguilleurs du ciel civils et militaires et aux avions de connaître la position du ballon
La nacelle est réalisée en Styrodur un matériau léger et facile à travailler
Le poids de la nacelle avec les expériences ne doit pas dépasser 2,5kg par sécurité
La nacelle est recouverte d'une couverture de survie pour que la température à l'intérieur ne dépasse pas -5°C environ. C'est un matériau qui a été testé dans l'espace par la NASA
Les expériences embarquées vont mesurer les écarts de température, de pression, le taux d'humidité, le degré d'acidité de l'air à très haute altitude, le rayonnement U.V. et à prendre des photos de la terre. A l'intérieur sont interdits : l'embarquement d'animaux morts ou vifs, les expériences dangereuses pour l'homme ou l'environnement, les largages d'objets non munis d'un système de localisation, les systèmes électriques générant des tensions supérieures à 24V
Le ballon monte entre 20 km et 40 km d'altitude, durée du vol 3h à 4h, 70% des nacelles sont retrouvées…….

LE GRAND JOUR :

Préparation du réflecteur radar

Sortie de la chaîne de vol

Séquence finale

Le 26 juin 2001 nous avons récupérer la nacelle à la grande joie des élèves; nous avons eu beaucoup de chance de la retrouver aussi vite ! Elle a aterri dans le département de la Marne près d'une petite ville : Loivre, c'est la gendarmerie qui nous l'a gentiment renvoyée, les élèves ont écrit une lettre de remerciements.

La nacelle était en bon état et la plupart des expériences ont bien fonctionné.

Indications des instruments de mesure et interprétation des élèves :

La température : minimum : - 40°C dehors, - 12,3°C à l'intérieur de la nacelle; maximum : 50°C dehors, 36,2°C à l'intérieur de la nacelle. L'ampoule d'eau pure a éclaté, l'eau du petit flacon s'est évaporée. Conclusion : "comme le ballon traverse plusieurs couches, cela veut dire qu'il y a une couche où il fait chaud, une où il fait froid...."

Les U.V. : le papier à l'extérieur a totalement blanchi, le papier dans la nacelle est resté dans le noir il est bleu foncé. Conclusion : "en comparant avec notre feuille d'étalonnage cela prouve bien l'existence des rayons ultra-violets".

Le pH : les bandelettes ont réagi : indice 4, ce qui signifie milieu acide, mais les bandelettes à l'intérieur n'ont pas réagi. Conclusion : " donc ce n'est pas l'air qui est acide; la nacelle a forcément traversé des couches nuageuses, c'est donc les gouttelettes d'eau qui ont fait réagir les bandelettes de pH mises à l'extérieur, l'eau est donc acide en altitude (pluies acides ?)".

Humidité : l'hygromètre a laissé des traces, il a un peu monté mais surtout descendu. Conclusion : "l'air est sec en altitude, après les couches nuageuses el n'y a plus de nuages. On ne sait pas si il y a une relation avec la température".

Pression : tous les ballons ont éclaté "donc la pression a diminué", mais le baromètre porte la trace très nette d'une forte pression ! Conclusion : "cela veut dire qu'il y a des couches où il y a moins de pression et d'autres où il y a plus de pression. Peut être que ça va avec la température : couche chaude l'air se dilate il y a moins de pression, couche froide plus de pression ?!".

Photos : le mécanisme s'est enrayé au bout de la 3ème photo, les élèves sont un peu déçus. Conclusion : " on pense que c'est peut être à cause de la température qui a pu endommager l'appareil ou les piles, ou bien le ballon a été très secoué et on a mal fixé le mécanisme qui s'est déréglé".

Pour l'ensemble des questions de météorologie, afin d'obtenir des précisions et confirmation ou non de leurs conclusions, la classe a rédigé une lettre pour Météo France site de Trappes, nous n'avons pas encore leurs réponses.