RAIFFET 2008 Feux tricolores de carrefour alimentés par l’électricité photovoltaïque André Kamga

Feux tricolores de carrefour alimentés par l’électricité photovoltaïque
André Kamga

Summary

In several countries, the populations, including one most of young people, still pay a too heavy tribute with the road insecurity. In all the countries, education with the environment must be an important component of the training of young people during their schooling, to acquire knowledge and methods necessary to the responsible action in their environment. To meet these needs, during two school years of work, last year secondary school students BEP of the trades of electrical engineering carried out a Multi-field Project in Professional Matter (PPCP) : Construction of a photovoltaic generator (First year), Connection of tricolor fires of crossroads realities to this generator (Second year). With the aim of share my experiment, I present also my teaching step, then the stages of the valorization of this project tricolor Fires of crossroads supplied with photovoltaic electricity. It meets one big hit near the public of the exposure- demonstrations, cultural or scientific events.

Contexte général

« Le président de la République nous a demandé d’amplifier fortement l’action dans le domaine de la sécurité routière », a déclaré, le vendredi 12 octobre 2007 en France, le ministre de l’Écologie Jean-Louis Borloo, chargé de la sécurité routière en présentant les chiffres provisoires de septembre. Ceux-ci montraient une baisse de 5,2% du nombre des tués par rapport à septembre 2006 (403 contre 425). « La somme des petites ou moyennes pertes de vigilance ou infractions n’est pas supportable. Elle est à l’origine de 90% des drames humains que nous connaissons dans le secteur de la sécurité routière », a affirmé

1. Borloo. « Tuons la complaisance sinon elle tue », a-t-il ajouté. Ces extraits de texte présentent la problématique actuelle de l’insécurité routière en France et démontrent qu’il faut donc continuer à faire baisser le nombre d’accidents de la circulation, par une forte sensibilisation à la sécurité routière tant auprès des jeunes que des adultes. Cette constatation est également valable pour tous les autres pays. Le Lycée Édouard Branly à Amiens, contribue à sa manière à mettre en œuvre cette volonté des pouvoirs publics en sensibilisant le public le plus large au respect des feux tricolores à travers l’exposition de ce projet feux de carrefour alimentés par l’électricité photovoltaïque, projet qui permet également de sensibiliser ce public au développement durable et particulièrement à l’utilisation des énergies renouvelables. Il est à rappeler que ce projet a été réalisé, sur deux années scolaires, par les élèves de terminale BEP des métiers de l’électrotechnique dans le cadre du PPCP (Projet Pluridisciplinaire à Caractère Professionnel). La figure 1 ci-dessous présente un synoptique de l’installation.

Introduction

Ce projet s’est déroulé sur deux années scolaires dans le cadre du PPCP de la classe de terminale BEP des métiers de l’électrotechnique. En 1^e année, les élèves réalisaient le générateur photovoltaïque et en 2^e année, ils assuraient la connexion des feux tricolores au générateur.

Réalisation du générateur photovoltaïque

Un article sur la réalisation du générateur photovoltaïque se trouve dans la revue Technologie (137, avril 2005, pp. 71 à 75) et une publication mise en ligne le 29/11/2005 également consultable sur le site internet de Résélec à l’adresse suivante :

www.iufmrese.cict.fr/contrib/2006/Kamga/PPCP_GenePhoto.shtml

Figure 1 synoptique de l’installation des feux tricolores

Figure 1 : synoptique de l’installation des feux tricolores

Ce générateur, comportant deux modules photovoltaïques de 70 Wc – 12 V chacun, a une autonomie de 14 jours. Rappelons que les formules simplifiées d’estimation de la puissance crête nécessaire et de la capacité réelle de stockage pour un générateur photovoltaïque sont :

Ej = 0.6 x Ei x Pc et C x Dp = Nj x Ej

• Ej est l’énergie moyenne journalière, en Wh/jour, nécessaire pour le fonctionnement des équipements à courant continu
• Ei est le rayonnement solaire global journalier, en kWh/m2.j, reçu dans le plan des modules. Il dépend des saisons et du lieu géographique.
• Pc est la puissance crête, en Wc, des
• C est la capacité réelle, en Wh, de la batterie de stockage
• Dp est le pourcentage de décharge profonde
• Nj est le nombre de jours d’autonomie

En tenant compte du rendement de 93% de l’onduleur, la puissance qu’il peut fournir pour des modules produisant leur puissance crête est de 130 W. Sous 230V AC, l’onduleur peut donc fournir un courant dont l’intensité est d’environ 0.57 A.

Connexion des feux tricolores au générateur

Les charges de l’onduleur sont l’automate programmable et les 4 feux tricolores. Leur tension nominale de fonctionnement est de 230 V. Les feux tricolores ont été gracieusement offerts au lycée par la Mairie d’Amiens (Amiens Métropole). Chaque couleur de feu est constituée de plusieurs diodes électroluminescentes, d’où la faible consommation des quatre feux tricolores. Au cours d’un cycle de fonctionnement l’ensemble automate et feux absorbe un courant maximum de 0.30 A et une puissance maximale d’environ 44 W. Au vu de la faible consommation des feux et de l’automate, l’onduleur peut alimenter sans problème ces charges. Il est rappelé que les travaux des deux années ont été réalisés par deux classes différentes. Une classe a réalisé le générateur la première année. Pendant la seconde année l’autre classe a réalisé la connexion des feux tricolores au générateur. Ce qui suit concerne seulement la seconde année. J’y partage mon expérience pédagogique de professeur d’électrotechnique.

Expérience pédagogique

Étapes du travail

Les différentes étapes du projet s’organisent ainsi : (i) présentation et étude du générateur photovoltaïque car les élèves doivent maîtriser son fonctionnement et savoir le mettre en marche pour alimenter toute charge, (ii) présentation du diagramme temporel et du logigramme de fonctionnement des feux de signalisation (cahier des charges) aux élèves (voir la figure 2 ci-dessous), (iii) étude des différents GRAFCET correspondant à ce fonctionnement, étude des différentes fonctions logiques (ET, OU, NON etc.) suivi d’un devoir d’évaluation, (iv) présentation de l’automate programmable industriel (API) qui sera utilisé ainsi que ses entrées- sorties et son langage de programmation, (v) travaux dirigés  de programmation de cet API ; ce dernier étant alimenté par une source électrique externe,

• travaux dirigés de recherche de schémas de câblage des entrées et des sorties de l’automate correspondant aux différents programmes insérés dans l’API, (vii) connexion des charges aux sorties et des commandes aux entrées de l’automate puis test de fonctionnement du programme inséré, (viii) programmation du GRAFCET final de fonctionnement, (ix) fixation des feux tricolores sur leurs poteaux respectifs, (x) fixation de chaque poteau sur une large base d’équilibre en bois, base sous laquelle ont été fixées quatre roulettes pour faciliter le déplacement du poteau de feu de signalisation, (xi) fixation de l’automate dans une armoire de protection, (xii) fixation des borniers de connexion des feux sur l’armoire contenant l’API, (xiii) connexion de chaque poteau de feux tricolores à l’armoire contenant l’automate et (xiv) connexion de l’ensemble au générateur photovoltaïque et

Bilan du travail

Une bonne partie des élèves s’est très bien impliquée à ce travail. De tels éléments sur qui on peut compter pour un travail, nous encouragent à continuer notre métier d’enseignant.  Vu le caractère pluridisciplinaire du projet, l’équipe pédagogique qui a encadré ce travail était constituée du professeur d’anglais, du professeur de français et du professeur d’électrotechnique. Les objectifs de culture générale et technique ont été atteints par le biais de l’anglais ce qui, dans le cas d’un projet à caractère professionnel, a valorisé la matière. Le séjour pédagogique en Angleterre a permis aux élèves de voir la différence sur les fonctionnements des feux tricolores en France et dans ce pays. A plusieurs reprises, les professeurs encadrant les travaux se sont réunis. Ces rencontres nous ont aidés à proposer aux élèves, chacun dans son domaine, un travail complémentaire allant dans le sens d’une réalisation commune et satisfaisante du projet.

Figure 2 Diagramme temporel du cycle de fonctionnement des feux tricolores

Figure 2 : Diagramme temporel du cycle de fonctionnement des feux tricolores. t_i : temps numéro i

Exploitation de cette réalisation

Dans le but de sensibiliser le public le plus large à la sécurité routière, à l’utilisation des énergies renouvelables et à la politique de la France en matière d’environnement, ces travaux réalisés par les élèves participent déjà à différentes expositions ou manifestations culturelles régionales et nationales telles que l’Exposcience Picardie, les Semaines Régionales de l’Environnement en Picardie, la Fête de la Science, la Semaine du Développement Durable, le Forum des métiers de l’environnement etc. Une association encadrant des jeunes amiénois en difficulté scolaire est venue visiter, sur sa demande et avec ces jeunes, ce projet au lycée.

Figure 3 : Exposition au Centre de Documentation et d’Information(CDI) du lycée en 2006

Les dernières manifestations lors desquelles les élèves ont présenté ce travail (feux de carrefour alimentés par le générateur photovoltaïque) au public sont respectivement le Forum des métiers de l’environnement organisé à Amiens les 25 et 26 janvier 2007 par le Lycée Romain Rolland d’Amiens, la Semaine du Développement Durable et l’Exposcience Picardie (Ces deux manifestations ont lieu dans la semaine du 1^er au 7 avril 2007), les Semaines Régionales de l’Environnement 2007 organisées par le Conseil Régional de Picardie, la fête de la Science 2007. Les prochaines manifestations auxquelles participera ce projet sont le Forum des métiers de l’environnement 2008 organisé par le lycée Romain Rolland à Amiens les 24 et 25 janvier, la Semaine du Développement Durable organisée par le ministère de l’écologie du 1^er au 7 avril 2008.

Promotion du développement durable

Lors de la Fête de la Science 2006 et des Semaines Régionales de l’Environnement 2006 des centaines de personnes internes et externes au lycée ont visité l’exposition qui a également attiré l’attention de deux inspecteurs pédagogiques régionaux et a fait l’objet d’une couverture par les deux quotidiens régionaux. Au Forum des métiers de l’environnement 2007 organisé par les élèves du lycée Romain Rolland d’Amiens l’exposition a connu un grand succès public. Le quotidien Le Courrier Picard s’y est de nouveau intéressé. Il est à noter la relation particulière qui existe entre le lycée Édouard Branly et le lycée Romain Rolland d’Amiens grâce à ce projet. En effet cela fait plusieurs années que le lycée Romain Rolland nous invite à nous associer au Forum que ses élèves organisent. Quant à la semaine du développement durable et à l’Exposcience Picardie 2007, cette exposition a été une réussite totale vu le nombre important de visiteurs de tous âges et le nombre de sites d’exposition. En effet pour cette semaine, ce projet a été présenté respectivement au Lycée Édouard Branly, au Magasin Leroy Merlin (magasin de bricolage) à Amiens Nord et à la salle de fête (Espace Drouot) de la ville de La Fère dans l’Aisne.

Au vu de l’enthousiasme des visiteurs, on peut estimer que l’un des objectifs de cette opération a été parfaitement atteint : à savoir la sensibilisation du public à la sécurité routière et à l’utilisation des énergies renouvelables. Les visiteurs étaient de tous âges allant des élèves de la classe de 4ème de collège aux étudiants de BTS. Les deux inspecteurs pédagogiques régionaux ainsi que l’équipe dirigeante du Lycée Édouard Branly ont apprécié l’exposition-démonstration.                                                               Les journaux régionaux tels que l’Union du 9 octobre 2006 et le Courrier Picard des 19 octobre 2006, 30 janvier et 10 avril 2007 ont valorisé à  leur manière cette exposition-démonstration dans leurs colonnes respectives. En qualité de porteur de projet, je me suis beaucoup investi dans la préparation matérielle, la publicité pour l’action menée au lycée (collage des affiches, distributions des prospectus, courriers d’invitation aux collèges et lycées d’Amiens et alentours, invitations verbales et écrites des collègues enseignants du lycée etc.) et l’accueil des différents visiteurs. Les visiteurs aiment bien concilier la présentation orale aux démonstrations pratiques et visuelles.

Figure 4 jeunes visiteurs à la salle de fête de La Fère (Aisne)

Figure 4 : jeunes visiteurs à la salle de fête de La Fère (Aisne)

Conclusion

Ce projet qui se voulait essentiellement pratique au départ par son installation effective à un carrefour dans l’enceinte du lycée afin d’y réguler la circulation a été abandonné au profit d’une réalisation plutôt pédagogique c’est-à-dire sous sa représentation mobile actuelle. En effet le projet initial a été jugé trop ambitieux compte tenu du financement (creusement des tranchées, maçonnerie etc.) et de la sécurité (vandalisme probable des jeunes, respect des normes de sécurité etc.). Néanmoins, l’objectif principal a été atteint, à savoir montrer aux jeunes comment construire un générateur photovoltaïque, comment programmer un automate, comment connecter une charge à un automate, etc. Ces réalisations pourront susciter des vocations à ces jeunes dans les domaines des énergies renouvelables et de la sécurité routière.

Le second objectif a également été atteint à savoir la sensibilisation du public le plus large à la sécurité routière et à l’utilisation des énergies renouvelables. Le nombre important de visiteurs de cette exposition-démonstration et la multitude de lieux de sa présentation au public me permet d’affirmer que ce second objectif a été atteint. Ce projet continuera de participer aux manifestations culturelles ou scientifiques locales, régionales ou nationales en France, bien sûr avec des améliorations telle que la sensibilisation à l’utilisation des ampoules à économie d’énergie alimentées par l’électricité photovoltaïque. Ces expositions sont l’occasion de faire connaître le lycée professionnel au public ainsi que ce qui peut y être enseigné et favoriser certaines orientations des jeunes collégiens.

Résumé

Dans plusieurs pays, les populations, dont une grande partie de jeunes, payent encore un trop lourd tribut à l’insécurité routière. Dans tous les pays, l’éducation à l’environnement doit être une composante importante de la formation des jeunes pendant leur scolarité, pour acquérir des connaissances et des méthodes nécessaires à l’action responsable dans leur environnement. Pour répondre à ces préoccupations, au cours de deux années scolaires de travail, les élèves de terminale BEP des métiers de l’électrotechnique ont réalisé un projet pluridisciplinaire à caractère professionnel (PPCP) : construction d’un générateur photovoltaïque (première année), connexion des feux tricolores de carrefour réels à ce générateur (seconde année). Dans le souci de partager mon expérience, je présente aussi ma démarche pédagogique, puis les étapes de la valorisation de ce projet feux tricolores de carrefour alimentés par l’électricité photovoltaïque. Il rencontre un franc succès auprès du public des expositions-démonstrations, manifestations culturelles ou scientifiques