Amélioration de l’enseignement du Courant alternatif au secondaire

Principe de production d’une tension alternative

                  Prenons une bobine (un enroulement d’un fil de cuivre vernissé autour d’un noyau ferrite) et un aimant de pôle sud « S » et pôle nord « N ». Puis relions les deux bornes de la bobine, soit aux bornes d’un oscilloscope, soit aux bornes des deux DEL (Diode électroluminescente) en tête bêche (montées en dérivation et en sens inverse l’une par rapport à l’autre). Ensuite déplaçons assez rapidement (approchons puis retirons) l’aimant devant le noyau de la bobine. Le spot monte quand on approche l’aimant puis redescend quand on s’en éloigne. Et aussi, l’une des deux DEL s’allume quand on approche l’aimant puis l’autre quand on le retire. Le même résultat peut être obtenu quand nous faisons tourner l’aimant avec un dispositif tournant devant la bobine. Le déplacement ou la rotation d’un aimant devant une bobine produit une tension alternative qui peut être visualisée sur l’oscilloscope ou sur l’alternance de la luminance des deux DEL en tête bêche aux bornes de cette bobine. Grâce à la variation du flux magnétique créé de l’aimant en mouvement (rotation), dans la bobine prend naissance une différence de potentiel « e » à ses bornes, appelée force électromotrice « f.é.m. » induite qui engendre un courant induit dans le circuit. Lorsque l’aimant tourne régulièrement et périodiquement, nous obtenons une tension alternative sinusoïdale. Pour produire une tension alternative, il suffit de déplacer (tourner) un aimant devant une bobine. Les appareils avec lesquels on produit ce type de tension dans le même principe sont désignés par le mot « alternateur » (Chapitre 3).

Le redressement triphasé

           Il est utilisé comme l’injection de freinage des moteurs électriques dans les usines. Il existe deux types de redressements triphasés :
– Le redressement mono alternance triphasé qui nécessite l’emploi de trois diodes identiques montées sur chacune des phases.
– Le redressement double alternance triphasée qui met en œuvre six diodes identiques dont les trois d’entre elles ont leur cathode commune qui correspond à la borne d’entrée du courant dans la charge ; les trois autres ont leur anode commune qui correspond à la borne de sortie du courant de charge.

L’énergie solaire

                 L’énergie solaire à directement pour origine l’activité du soleil. Le rayonnement solaire est un rayonnement électromagnétique dans laquelle on trouve notamment les rayons cosmiques gamma, X, la lumière visible, l’infrarouge, les micro- onde et les ondes radios en fonction de la fréquence d’émission. Tous ces les types de rayonnement électromagnétique émettent de l’énergie. Le niveau d’irradiante (le flux énergétique) arrivant à la surface de la terre dépend de la longueur d’onde du rayonnement solaire. On distingue :
– L’énergie photovoltaïque qui utilise le rayonnement lui-même.
– L’énergie solaire thermique qui utilise la chaleur transmise par rayonnement.
L’énergie solaire photovoltaïque L’énergie solaire photovoltaïque se base sur l’effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d’un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou bien artificielle (lampe). Pour capter le rayonnement solaire, on utilise un dispositif appelé panneau solaire photovoltaïque.
L’énergie solaire thermique Dans les conditions terrestres, le rayonnement thermique se situe entre 0,1 à 100 micromètres. Il se caractérise par l’émission d’un rayonnement au détriment de l’énergie calorifique du corps émetteur. Ainsi un corps émettant un rayonnement thermique voit son énergie calorifique augmenter. Le soleil émet principalement dans le rayonnement visible, entre 0,4 et 0,8 micromètres. Ainsi rentrant en contact avec u corps, le rayonnement solaire augmente la température de ce corps : c’est de l’énergie solaire thermique. L’énergie solaire thermique peut être utilisée soit directement pour chauffer des aliments (fours solaires) ou de l’eau sanitaire (panneaux solaires chauffant), soit indirectement pour la production de vapeur d’un fluide caloporteur pour entraîner des turbines et aussi obtenir une énergie électrique (énergie solaire thermodynamique)

Le Siphon

                On appelle siphon une conduite simple à écoulement non forcé dont une partie est plus élevée que dans la surface dans le réservoir d’alimentation (Figure 9.b). Le liquide se déplace dans le siphon grâce à la différence de niveau ou dénivellation H ; tout d’abord, il s’élève jusqu’à la hauteur au-dessus de la surface libre du réservoir A, après quoi il descend d’une hauteur relativement au-dessous du réservoir B. Pour que le siphon commence à fonctionner, il est indispensable de le remplir de liquide. Au cas où le siphon est un tube ou tuyau rigide immobile, il faut prévoir de mettre un robinet ou une vanne destiné à assurer l’aspiration de l’air et de l’espace vide par des liquides. Ainsi, le débit qui passe à travers un siphon est déterminé par la dénivellation H et par la résistance de la conduite.

Le domaine psychologique

                   La psychologie « c’est une science qui étudie le comportement animal ou humain ». Pour Maurice REUCHLIN « La psychologie de l’enfant étudie le développement avec l’âge de la perception, du raisonnement, détermine quelles sont les acquisitions habituellement réalisées à chaque âge. »15. Partir de ces citations, la psychologie analyse et étudie les caractéristiques, les développements biologique et intellectuel, l’évolution des tendances et le comportement de l’individu selon l’âge. La connaissance de la psychologie des apprenants est indispensable pour celui qui va enseigner. Quelles sont alors les caractéristiques des groupes d’enfants qui composent la classe de quatrième au collège ? Actuellement, l’âge moyen des élèves de la classe de quatrième se situe entre 12 ans et 1ans. Pour bien comprendre leurs caractéristiques, il importe de rappeler les données psychologiques relatives à cette classe d’âge. « L’adolescence commence vers 11ans et se clôture vers 20 ans. »16. Elle se divise en deux phases ; la première est la phase pubertaire ou la préadolescence qui se manifeste entre 12ans et 19ans. Celle-ci « est dominée par les changements pubertaires qui vont conduire l’individu à la maturité physique et sexuelle de l’adulte. »17. Ces changements de la morphologie générale du corps de l’enfant sont souvent accompagnés de troubles affectifs et caractériels. La deuxième phase, phase de l’adolescence proprement dite, entre 15 ans et 19 ans ou 20 ans dans laquelle les enfants recherchent un nouvel équilibre, marque le goût de l’équipe avec les gens de son âge. Il prend conscience de soi et affirme son individualité. La classe de quatrième des collèges est composée d’élèves complexes à caractéristiques différentes tels que vulnérable, vite enthousiaste, vite découragé, sensible à l’échec, insatisfait de lui-même, très soumis ou contestataire,… Ainsi, « l’ensemble de cette évolution amène l’enfant à son achèvement ; la personnalité s’organise, se structure ; le comportement devient adapté à la réalité et le contrôle de l’originalité, de ses possibilités, de son autonomie, …, la pensée se transforme et accède à la logique.»18 Compte tenu de ces caractéristiques, il appartient à l’enseignant d’ « adapter une approche concrète de son enseignement qui s’appuie sur la manipulation et l’exploitation des choses et favorise la construction mentale des élèves par le questionnement progressif et l’apprentissage par la découverte personnelle »19 et de mettre en place une situation d’apprentissage qui répond aux besoins et intérêts des apprenants. Si telles sont les caractéristiques de ceux qui sont les principaux acteurs de cette situation d’apprentissage, qu’est-ce qui caractérise cet apprentissage ?

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : PRODUCTION DU COURANT ALTERNATIF
Chapitre 1 : Phénomènes magnétiques et électromagnétiques
1.1. Aimants
1.2. Champ magnétique
1. 3 Phénomènes d’induction électromagnétique
1.3.1 Flux magnétique
1.3.2. Loi de Lenz
1. 3. 3. L’inductance
Chapitre 2 : Le courant alternatif
2.1. Production d’une tension alternative
2.1.1. Principe de production d’une tension alternative
2.1.2. Caractéristiques d’une tension alternative
2.1.2.1. Les valeurs variables
2.1.2.2. Période – Fréquence – Pulsation
2.1.2.3. Le déphasage ou la différence de phase
2.1.2.4. Les valeurs efficaces
2.1.3. Mesures en électricité
2.1.3.1. L’intensité du courant
2.1.3.2. La tension
2.1.3.3. Puissance électrique
2.1.3.4. Energie électrique
2.2. Le transformateur
2.2.1. Structure
2.2.2. Principe de fonctionnement
2.2.3. Rapport de transformation
2.2.4. Utilisation d’un transformateur
2.2.5. Transformateur triphasé
2.3. Le redressement
2.3.1. Le redressement simple alternance
2.3.2. Le redressement double alternance
2.3.3. Le redressement à point milieu
2.3.4. Le redressement triphasé
2.4. Utilisation de courant alternatif
2.4.1. Utilisation sous forme d’énergie calorifique
2.4.2. Utilisation sous forme d’énergie mécanique
2.4.3. Circuit électrique avec quelques types de montage
2.4.3.1. Montage d’un circuit alternatif avec une seule résistance pure
2.4.3.2. Circuit à courant alternatif présentant uniquement une capacité C
2.4.3.3 Circuit à courant alternatif présentant uniquement une inductance L
2.4.3.4. Circuit comportant une résistance, un condensateur et une bobine
2.4.3.5. Circuit résonance
DEUXIEME PARTIE : PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Chapitre 3 : Les Alternateurs
3.1. Constitution et fonctionnement d’un alternateur
3.1.1. Le rotor
3.1.2. Le stator
3.1.3. Force électromotrice induite – Fréquence
3.1.4. Mode d’excitation
3.2. L’alternateur triphasé
Chapitre 4 : Sources et production d’énergie électrique
4-1. Sources d’énergies
4.1.1 Les énergies non renouvelables
4.1.2 Les énergies renouvelables
4.1.2.1. L’énergie solaire
L’énergie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire thermique
4.1.2.2 L’énergie éolienne
4.1.2.3. L’énergie géothermique
4.1.2.4. L’énergie hydraulique
4.1.2.5. La biomasse
4.2. Les centrales électriques
4.2.1 Les centrales thermiques à flamme
4.2.2. Les centrales nucléaires
4.2.3. Centrale solaire photovoltaïque
4.2.4. Centrale solaire thermique
4.2.5. Centrale géothermique
4.2.6. Centrale éolienne
4.2.7. Centrale hydraulique
Chapitre 5 : Fonctionnement d’une station hydroélectrique
5.1. Bref historique sur le développement de l’hydraulique
5.2. Equation fondamentale de l’hydraulique
5.2.1. Notions de base
5.2.2. Débit
5.2.3. Comportement des conduites
5.2.3.1. La conduite simple
5.2.3.2. Le Siphon
5.2.3.3. Conduite forcée
5.3. Différents types de centrale hydroélectrique
5.3.1. Centrales de lac ou de haute chute
5.3.2. Centrales d’éclusée ou de moyenne chute
5.3.2. Centrale au fil de l’eau ou de basse chute
5.4. Les éléments principaux d’une station hydraulique
5.5. Principe de fonctionnement d’une station hydraulique
5.6. Etude des transformations énergétiques
5.6.1. L’énergie potentielle
5.6.2. L’énergie cinétique
5.6.3. L’énergie mécanique
5.6.4. L’énergie électrique
5.7. Conclusion
TROISIEME PARTIE : METHODOLOGIE D’APPRENTISSAGE
Chapitre 6 : Propositions du programme scolaire
6.1. Les objectifs
6.2. Les méthodes préconisées par le programme
6.3. La démarche expérimentale
Chapitre 7 : Quelques notions de didactique
7.1. Le domaine pédagogique
7.2. Les méthodes traditionnelles
7.3. Les méthodes nouvelles
7.4. Le domaine psychologique
7.5. Apprentissage- Enseignement
7.5.1. Apprentissage
7.5.2. Enseignement
Chapitre 8 : Théorie de la pédagogie différenciée
8.1. Définition
8.2. Fondement théorique
8.3. Les concepts de base de la pédagogie différenciée
8.3.1. La considération de la motivation des apprenants
8.3.2. La prise en compte des conceptions des apprenants
8.3.3. La construction du savoir par les apprenants
Chapitre 9 : Quelques suggéstions
9.1. Formation pédagogique continue
9.2. Rôles de l’institution scolaire
9.3. Techniques de travail en groupe
9.3.1. Importance du travail en groupe
9.3.2. Rôle de l’enseignant
9.3.3. Rôle de l’apprenant
9.4. Technique de la pédagogie différenciée
9.5. L’évaluation
9.6. Reproduction de matériels de sciences physiques
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES
DICTIONNAIRES
OUVRAGES
ANNEXE
Documents à exploiter
FICHE

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