ARTheque - STEF - ENS Cachan | Proposition de module de mécanique en classe de 4e : Étude du moteur à explosion

-25-PROPOSITION DE MODULE DE MECANIQUE EN CLASSE DE 4e

du moteur à explosion

(Extrait du Bulletin de Liaison des Professeurs de Sciences-Physiques et Technologie du CRDP de Strasbourg).

Des multiples contacts que nous avons eu au cours de là dernière année scolaire avec de nombreux professeurs enseignant la technologie se dégage une certaine lassitude. Pour les maîtres, enseignant dans des établissements an-ciens, les plus grands problèmes restent le manque de matériel et de locaux

(bien que les salles permettant l'enseignement de la chimie fassent aussi défaut dans les établissements récents). Mais d'une manière générale les causes de cette lassitude sont d'ordre pédagogique.

On peut penser que cela tient d'une part au programme où la mécani-que occupe une place très importante avec un contenu de la classe de 4e para-doxalement plus abstrait que celui de la classe de 3e et d'autre part à un manque de renouvellement dans le choix des objets. Enfin l'expérience montre que l'élec-tricité intéresse plus rapidement les élèves en raison de l'apparente simplicité des concepts physiques, du moins grand nombre d'exigences technologiques, d'une exper1ence et d'un vocabulaire plus familiers et de la rapidité du contrôle ex-périmental : le courant passe ou ne passe pas, la fonction "sonnette" est remplie ou non... De la même manière, là où elle a été enseignée expérimentalement, la chimie a plu aux élèves.

Pour accorder une plus large place à l'électricité et à la chimie, on peut penser qu'il serait bon de réduire et de réaménager le programme de mé-canique expérimentale en conservant l'acquis des méthodes pédagogiques.

Nous avons toujours défendu les trois libertés : liberté dans le choix des objets à analyser, liberté dans le choix des méthodes pédagogiques, liberté dans la durée à consacrer aux études pédagogiques. En vertu de ces prin-cipes nous proposons un certain réaménagement en mécanique expérimentale.

L'intérêt de la mécanique expérimentale est d'une part dans le fait que ce que l'on fait observer est visible, palpable, assez facilement modi- , fiable et peut être du matériel de récupération; d'autre part dans la mise en é-vidence de cette science des "formes et des jeux" qui permet, suivant les condi-tions d'emploi, d'assurer à un solide un certain nombre de degrés de liberté par rapport à un référentiel ; enfin la mesure physique (longueur, force, pression, couple ••• ) a l'intérêt de justifier certains des choix technologiques du système étudié. '

-26-et la mesure des longueurs, on peut aborder la rotation, les transmissions -26-et le! transformations de mouvement, et terminer par la notion de force (voir le ta-bleau synoptique sur le thème du moteur à explosion).

A propos de la notion de force, plutôt que de longs développements théoriques dont nous sommes en partie responsables, nous pensons que son intro-duction expérimentale et sa mesure sur des systèmes réels (ressorts, poulies •.• ) suffisent à asseoir le concept.

La notion de force peut servir de point de départ à des prolonge-ments intéressants par leur utilisation en technologie ••• D'une part la notion de pression de contact solide/solide est nécessaire pour justifier les usures ou pour expérimenter les divers types de frottements; d'autre part, les pres-sions de gaz et de liquides sous enceinte ·sont facilement mesurables sur les di-vers types de détendeurs ; à noter toutefois que pour les pressions de gaz il de-vient nécessaire d'introduire la notion de pression atmosphérique.

Dans uneautre direction on peut introduire qualitativement ou quan-titativement suivant le niveau et l'intérêt de la classe les notions soit de transformation des efforts mécaniques (machines simples ••••• ) ou hydrauliques (circuit de freinage •.••• ), soit d'amplification au sens électronique du mot (servofrein • • ••• ).

La balance peut être utilisée à propos de la préparation d'un mé-lange en chimie; à cette occasion, les qualités métrologiques, qui justifient les solutions technologiques, pourront être observées.

Pour un enseignement aussi personnalisé, où la finesse d'esprit et l'imagination créatrice de l'enseignant jouent un rôle essentiel, la diffi-culté réside aussi dans le fait que l'enseignant doit bien connaître l'objet, donc le trouver, le nettoyer, le démonter et le remonter, évaluer l'intensité de la grandeur physique analysée, dessiner éventuellement l'objet et écrire aux fabricants pour des compléments d'information avant d'aborder la transposition pédagogique: cela suppose beaucoup de persévérance et d'imagination.

Pour le renouvellement du choix des objets, selon le sujet, on pour-ra soit montrer à la classe la grande variété d'objets sur lesquels on peut fai-re observer la fonction analysée, soit distribuer des objets identiques aux élè-ves. Dans l'un ou l'autre cas, il est certain que ce n'est que dans les opéra-tions de démontage, remontage, schématisation, construction de maquette, mesu-res physico-chimiques sur l'objet que l'élève peut être sensibilisé à cette science des "formes et des jeux".

Un aspect auquel nous n'avons pas accordé suffisamment d'impor-tance, c'est la fiche-enquête en dehors de l'école: aller voir dans un garage un réglage de culbuteurs, résumer une émission de télévision, faire un compte-rendu de visite d'usine, rechercher la puissance des appareils électroménagers, achever un dessin à la maison, faire préparer par ceux qui possèdent un meccano certains montages, faire chercher, nettoyer ou modifier certains matériels par tel ou tel élève ••• c'est en quelque sorte prolonger la réflexion expérimentale commencée en classe.

Nous nous rendons compte que nos propositions demandent de grands efforts, mais elles sont conformes à l'esprit du programme, qui plutôt qu'un ac-quis de connaissances recherche un éveil à la méthode expérimentale, et elles

-27-permettent d'assurèr la transition entre la structure actuelle et . les projets de modules de la Commission Lagarrigue. Nous espérons qu'elles susciteront de nombreuses réactions tant écrites qu'orales (Nous serions heureux de vous ac cueillir les mercredis à l'Ecole Normale 65, avenue de la Forêt-Noire à Stras-bourg).

F. HARSANY

P. MALLEUS B. SEYFRIED

directeurs d'études au CRF PEGC STRASBOURG

THEME DE MECANIQUE EXPERIMENTALE LE MOTEUR A 2 TEMPS OU 4 TEMPS (Cio ... d. 4e)

Dur .. _{Motion. phy.lco technologique. Suje" d'étude. au chal •. don. chaque parapaph;' Motion et Sujet d .. de . . ln} poulble

-Le. combustions dans l'air - Bau,ie - . Bec Bunsen _{- Introduction au dessin et au.}

instN-1 mois - La notion de température et de _chaleur de - Thermomètre

-

Pouvoir calorifique d'un combustible ments de tracé

- 'Les combustibles, sources d'éner,ie - Principe des divers moteurs thermiques - Schématisation des ,uide. et liaisons

-- _{- Proj. orthogonale du .solide : dessin}

- Le mouvement de translation (caract. ,uid. - Etude du système piston 1 cylindre de l'a.e de pi stan

2 mois - _{- . La mesure des longueurs} liai sons) _{- Introduction eXpérimentale - Etude du pied à. coulisse} ;;. Indication des dimensions de l'a.e de piston

Nb : Les jeux H7. f6 du système- piston / cylindre permettent une i.nitiation

- Lecture de dessin

à la mesure au palmer et au comparateur.

- Schémas « )la

- Le mouvement de rotation (coract.guid . - Etude au choix : poulies, vilebrequin, roues •••• - Coupe ou Coupe : dessin d'un. type

1 mois liaisons) d. poulie ou du piston

- La mesure des angles - Mesure d'angles sur des objets ou activité graphiques (persp. cavalière)

- Maquette d . . différenu types de sus-pensions

- Les transformations de mouvement - Système bielle et manivelle . pignon crémaillère (direction) 1 mois

(conditions et caractéristiques) - Sys tèm e vi s - écrou (cric) ••.•• - Schéma • Maquette

--

..

1

-- Conception du

- Bof te de vitesse - direction - différentiel - point de cardan - embrayage - c: expérimental de mesure

1 mois - Les transmissions de mouvema'tt

1

)

(conditions et systè .... poulie courroie du ventilateur •••• e - de dessin

d'en--E

)

sembl·.

:::

- La notion de force - Introductiotl expérimentale . dynamomètre et unité

j

- Dessin possible:

croi si lion de cardan - La mesure des force': - Etude dès tensions de courroies :. ventilateur, pompe •••• bielle de Sol . .

- Etude de ressorts ± raides : soupape, pompe à essence ••••

,

...

- EtUde expérimentale des différents types de frottement

3 mois

- La notion de pression - Introduction e.périmentale et pression atmosphérique - Lubrification

.

Manomètres • . Systèmes de valves

)

0

----loi

- Transmission des efforta ' mécanique: différents types de leviers : frein à main et trin,lerie i ) ( con se"'ation du travoi 1 )

----

hydraulique : système de freinage

1-

-- Amplification du efforts - Servofrei"s