projet ballon solaire

Projet Ballons Sondes Solaires

Initiateur du projet :

·         Adrien Normier et Clémentine Bacri (association ORA, Observer, Réaliser, Analyser),

Participants :

·         Ecole d’ingénieur Centrale Lyon (référent Fabien Maocec),

·         Première S du Lycée Rocroy Saint Vincent de Paul (Paris, Matot Aurélie ; Labbé Véronique ; Grimaldi Catherine ; Circan Caroline ; Claire Arquié),

·         Première S et Terminale S du Lycée Saint Aspais (Melun, Hennequin Florence ; Engerrand-Mohamed Carine ; Desmier Martine ; Vatin Sandrine ; Olier Chantal ; Brulard Maryline ; Patricia Menon).

·         Classes préparatoires PSI* dans le cadre du TIPE, Lycée Jean-Baptiste Say, (Paris, Romain Zanotti et Nicolas Muguet ) ;

·         Equipe de chercheurs de la base de Concordia en Antarctique,

o   Institut Paul Emile Victor, IPEV.

o   Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, LSCE.

PRESENTATION DU PROJET AUX ELEVES de première S et de terminale S dans les deux lycées : septembre 2011

Problématique :

1 – Recherche des outils utilisés actuellement (Septembre 2011)

Les élèves réalisent  une recherche sur Internet (Recenser, extraire et organiser des informations. Sélectionner les ressources documentaires fiables. Dégager les inconvénients de ces outils  et avantages).

2 – Intérêt des ballons solaires : comprendre la démarche de l’association ORA (septembre 2011)

Pourquoi des ballons solaires ? (sources ORA projet « Des Ailes Pour la Science, ballons sondes solaires »

Ce projet se trouve justifié pour plusieurs raisons :

● D'un point de vue écologique, notre ballon solaire permet d'économiser le transport de l'hélium, et donc le dégagement en CO₂ associé à ce transport. L'hélium étant remplacé par de l'air, aucun gaz supplémentaire ni aucun brûleur n'est requis.

● D'un point de vue économique, notre ballon solaire est peu cher à produire et permet d'économiser les coûts liés à l'acheminement de l'hélium en Antarctique.

● Enfin, d'un point de vue opérationnel, son utilisation en Antarctique est justifiée par les faibles températures y régnant, assurant une bonne portance. La charge pouvant être embarquée y est aussi plus importante. Cependant, les conditions climatiques ne sont correctes que pendant de courtes périodes.

Un des avantages du ballon solaire est qu’il est extrêmement simple à réaliser. En quelques

heures, il est possible de réaliser un ballon soulevant une faible charge (~350g), permettant par

exemple de filmer une scène à partir du ballon en vol à 50m d’altitude.

3 – Principe des ballons solaires  (Source ORA)

Il s'agit d'un ballon utilisant uniquement l'énergie du soleil pour s'élever dans les airs. L'air à

l'intérieur du ballon est chauffé par le soleil grâce à l'utilisation d'un matériau performant (le PHED) se comportant comme un corps noir. Il permet de s'affranchir totalement de la combustion d'un carburant ou de l'utilisation d'un gaz présentant un bilan carbone élevé, notamment lors de son transport dans des régions reculées comme en Antarctique.

4 – Réalisation (Septembre et Octobre 2011)

·         Ecole Centrale de Lyon : F. Maocec fournit les gabarits pour réaliser des ballons sondes solaires de 2 tailles différentes. Un de charge utile : 200 g et l’autre de 2,5 kg.

·         Elèves des lycées :

o   Réalisation d’un ballon , en respectant le protocole fourni.( Organisation au sein du groupe ; Respect des règles de sécurité ;Autonomie). Chaque groupe participe pendant  2X4 h à la réalisation d’un ballon accompagné de 2 enseignants ( SVT et  Physique Chimie).

o    Le 17 octobre 2011,réalisation des essais de vol en captif dans la cour du château de Vaux le Vicomte , par tous les acteurs du projet ;présentation par chaque groupe de son ballon ; concours organisé par Adrien et Clémentine ; récupération  des ballons par Adrien et Clémentine.

Noms et masses des différents ballons réalisées par les élèves des lycées:

1.       équipe aux mille visages 563g (Lycée St Aspais)

2.       bulle d'O₂ 418g (Lycée Rocroy)

3.       Emma 586g (Lycée Rocroy)

4.       Martin Fort Erika Rousseau 427g (Lycée Rocroy)

5.       Objectif Antarctique  550g (Lycée St Aspais)

6.       Hakuna Matata (Lycée Rocroy) 554g

7.       Gros Ballon: 1670 grammes (Lycée St Aspais)

5 – Livraison et suivi des ballons à la base Concordia

Envoi des ballons : emballage par Adrien , Patricia et Claire.

Départ de Hobart (Tasmanie) sur le bateau Astrolabe en direction de DUMONT D’URVILLE (début novembre 2011).

Suivi de l’acheminement  des ballons par mail et suivi de la position de l’Astrolabe par les élèves : http://www.ipev.fr/pages/posbat/google/index.php

Lien avec l’Institut Paul Emile Victor : http://www.institut-polaire.fr

6 – Conception d ’un ballon d’un gabarit plus petit

Travail réalisé dans le cadre d’un TPE : (Raphaël  BOUGEOIS, Oliver SEM, Hiren PATEL élèves de Rocroy Saint Vincent de Paul)

·         Calcul des dimensions du ballon modèle réduit par le groupe

·         Les calculs sont soumis à Fabien Maocec (ECL) directement par les élèves

·         Dialogue à propos des calculs obtenus.

·          Réflexion sur la démarche

·         Construction du ballon par le groupe d’élève en autonomie

·         Essai de vol en captif du ballon 

·         Manipulations réalisées sur le modèle obtenu :

o   Test de résistance du scotch aux basses températures (à soumettre à Fabien) et réflexion sur la manipulation et son extrapolation possible in situ, en lien avec les contraintes climatiques de la base de Concordia

o   Comparaison de la charge utile calculée et de la charge utile mesurée (dynamomètre)

o   S’interroger sur l’altitude maximale atteinte, la trajectoire prévisible

7 – Bilan prévu (Mai 2012)

Rencontre de l’ensemble des participants prévue à la Villette, Cité des Sciences.

Présentation des essais………………