Groupe de Travail Numérique Physique- Chimie Académie de Nancy-Metz2019 Marie-Eve Festa, Collège Louis Pergaud, Chatel Sur Moselle

Malik Mostefai, collège Jacques Callot Neuves Maisons

Fabriquer un système pour alerter sur un risque d’inondationPlan :

Introduction• Les exemples d'usages• Niveaux• Les objectifs• Compétences• Contexte pédagogique Prérequis des élèves ou formation des élèves (sur la prise en main d’une application, ou d’un logiciel) Durée de l'usage, estimation du temps de travail de l’élève Travail : Activité élève :

1. Préparation du pluviomètre :2. Pour allumer la LED si la valeur seuil est dépassée :

• Les outils ou fonctionnalités utilisées• Les apports• Les freins• Les pistes• Pour aller plus loin• Les principes de base du fonctionnement mBlock avec la carte à microcontrôleur de

type Arduino TM Uno BIBLIOGRAPHIE

Introduction : L’objectif est d’utiliser un capteur résistif d’humidité avec une carteà microcontrôleur,et de faire allumer une LED en cas de dépassement d’un seuil.Un microcontrôleur est un système qui peut délivrer des tensions, mesurer des tensions, envoyer ou recevoir des commandes et est programmable.L’utilisation d’un capteur numérique permet d’aborder la notion de signal et de transmission de l’information d’une part et d’autre part celle des objets connectés et programmables qui, bien qu’étant familiers pour les élèves, demeurent largement obscurs quant à leur mode de fonctionnement.

• Les exemples d'usages : Fabriquer unpluviomètre pour comparer la quantité d’eau reçue en différents lieux géographiques.Fabriquer un pluviomètre dans le cadre d’une station météo.Utiliser un pluviomètre pour faire un système d’alerte en cas d’inondation.

• Niveaux : Cycle 3 ou cycle 4.

• Les objectifs : L’objectif de cette séquence est de proposer aux élèves de réaliser un objet pour relever le niveau d’eau tombée, puis de l’utiliser pour alerter si un niveau est dépassé. Il faut relier la valeur électronique lue (en analogique) avec la grandeur mesurée (niveau de l’eau).Contextualisation : on veut être prévenu en cas d’inondation pour pouvoir réagir au plus vite : créer le système (montage + programme) permettant de mesurer le niveau de l’eau et envoyer une alerte lumineuseen cas de dépassement d’un seuil.

• Compétences : Référence au programme et au socle communNom du thème : cycle 3 La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnementCycle 4 La planète Terre, l’environnement et l’action humaine

Attendus de fin de cycle : cycle 3 Situer la Terre dans le système solaire et caractériser les conditions de la vie terrestre / Identifier des enjeux liés à l’environnement / Identifier un signal et une information / Nature d’un signal, nature d’une information, dans une application simple de la vie courante.Cycle 4 Identifier les sources, les transferts, les conversions et les formes d’énergies. Utiliser la conservation de l’énergie.

Connaissances et compétences associées- Relier certains phénomènes naturels (tempêtes, inondations, tremblements de terre) à des risques pour les populations.- Phénomènes traduisant l’activité externe de la Terre : phénomènes météorologiques et climatiques ; évènements extrêmes (tempêtes, cyclones, inondations et sècheresses…).- Aménagements de l’espace par les humains et contraintes naturelles.

Compétences travaillées Domaine du socle- Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques• Proposer une ou des hypothèses pour répondre àune question ou un problème.• Proposer des expériences simples pour tester unehypothèse.• Interpréter un résultat, en tirer une conclusion.• Formaliser une partie de sa recherche sous formeécrite ou orale.- S’approprier des outils et des méthodes• Choisir ou utiliser le matériel adapté pour menerune observation, effectuer une mesure, réaliser uneexpérience ou une production.• Faire le lien entre la mesure réalisée, les unités etl’outil utilisés.• Organiser seul ou en groupe un espace de réalisationexpérimentale.• Utiliser des outils numériques- Concevoir, créer, réaliser• Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objettechnique répondant à un besoin.• Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information

Le stockage des données, notion d’algorithmes, les objets programmables

Usage de logiciels usuels

Domaine 4 - Les systèmes naturels et les systèmestechniques

Domaine 2 - Les méthodes et outils pour apprendre

Domaine 4 - Les systèmes naturels et les systèmestechniques

• Contexte pédagogique : Prérequis des élèves ou formation des élèves (sur la prise en main d’une application, ou d’un logiciel)- Montagesur une carte à microcontrôleur avec une LED par exemple- Notions de signal analogique et de signal numérique- Création de variable dans mBlock- Utilisation du logiciel mBlock pour faire fonctionner une LED (voir les principesde base à la fin du document et cette

vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=dCR-WVcW8Dw)

Durée de l'usage, estimation du temps de travail de l’élèveUne séance d’1h30, cette activité peut faire partie d’une séquence sur les risques liés au phénomènes naturels (étude

d’un risque naturel local, proche du collège, et aménagement de l’espace par l’humain + impacts technologiques sur l’environnement).

Travail :Travail en groupe de deux ou quatre, selon le nombre de capteurs disponibles, en autonomie (avec des aides si besoin) ou guidés.

Activité élève :1. Préparation du pluviomètre :

On veut lire la valeur relevée par le capteur d’humidité analogique sur mBlock.

Créer le programme qui permettra de lire cette valeur avec les blocs suivants :

Correction :

Réaliser le montage et tester votre programme en mouillant le capteur avec le doigt, la valeur affichée par le lutin M-Panda doit changer.

Pour connaître les valeurs qui correspondent au niveau réel de l’eau, préparer le montage suivant :

- Graduer la boite à fond plat tous les 5 mm jusqu’à 35 mm à partir du fond.- Scotcher le capteur dans le pot : il doit toucher le fond de la boite.- Brancherle capteur en A0

Compléter le tableau suivant :Niveau d’eau réel en mmValeur lue sur A0 par le lutin M-Panda

2. Pour allumer la LED si la valeur seuil est dépassée : Ecrire un second programmedans lequel on utilise la valeur lue par la carte sur l’entrée A0 pour allumer la LED,

branchée en D2, si la valeur dépasse 25 mm d’eau. Elle doit rester éteinte sinon. Pour cela, il faut stocker la valeur dans une variable « niveau de l’eau ».ATTENTION : ne pas mettre d’accents dans le nom de votre variable quand vous la créez (sinon votre programme ne fonctionnera pas).

AIDE :- Créer une variable « niveau de l’eau » dans la palette Blocs et variables (SANS ACCENTS).- Mettre « niveau de l’eau » à la valeur analogique entrante en répétant indéfiniment.- Attendredeux secondes pour que la lecture ne change pas trop souvent.

AIDE : on utilisera les blocs suivants :Evénements : Pilotage :

Blocs et variables : Contrôle :

Opérateurs :

En correction, le programme obtenu est alors :

NB : les valeurs peuvent ne pas être les mêmes, tout dépend du capteur utilisé.

• Les outils ou fonctionnalités utilisées : Par groupe : Un ordinateur + logiciel mBlock (voir les principes de base à la fin du document)Une carte à microcontrôleur, de type ArduinoTMUno : sur la photographie ci-contre, la carte est montée dans une boite rigide, pour plus de solidité, avec une carte d’exten-sion, appelée shieldsfixée par les broches, et alimentée directement en 5V par le port USBDes fils de connexion DupontUn capteur résistif d’humidité (ici MoistureSensor v1.4)Un récipient à fond plat (boite en plastique, pot de confiture)Une règleUne LED(ou 1 BUZZER ou 1 écran LCD pour aller plus loin)

• Les apports : Explication d’un capteur simple, étalonnage du capteur, utilisation courante d’un capteur.

• Les freins : Le langage mBlock, utilisé lors d’un montage de circuit avec une LED, doit être vu lors de séances précédentes sinon lesblocs déjà présents ne seraient pas compris.

• Les pistes : On peut donner aux élèves des blocs en désordreà assembler ou déjà assemblés.

• Pour aller plus loin : 1. La LED peut être remplacée par un buzzer pour une alerte sonore, ou par un écran LCD pour un affichage des valeurs du

capteur.2. Utilisation du capteur dans un système d’agriculture ou pour la prévention des inondations (cycle 4).3. Modification du peuplement en fonction des conditions physicochimiques du milieu et des saisons (cycle 3).4. Écosystèmes (milieu de vie avec ses caractéristiques et son peuplement) ; conséquences de la modification d’un facteur

physique sur l’écosystème.

• Les principes de base du fonctionnement mBlock avec la carte à microcontrôleur de type Arduino TM Uno : Pour tester le programme réalisé, quelques options sont à choisir pour connecter la carte :

1. Choix de la carte UNO

2. Connecter la carte

3. Vérifier la connexion

4. Téléverser le programme

Ou autre port : sur le port où est connectée la carte en USB

Onglet pilotage : le voyant rond doit être vert (il est rouge auparavant)

5. Tester en mode connecté à l’ordinateur

6. Pour utiliser l’ensemble en mode autonome, non connecté à l’ordinateur

BIBLIOGRAPHIE : - « ARDUINO pour les kids », Frédéric Pain - Editions EYROLLES 2018

Cliquer sur le drapeau vert ou le chapeau du programme

Le chapeau du programme doit être remplacé par un élément de pilotage

Puis le programme doit être téléversé dans la carte connectée en USB