Voici le texte correspondant a l'oral
En quoi la maitrise des forces par les innovations techniques a elle permis au rêve de Léonard de Vinci de se réaliser ?
Nous avons choisit de faire notre tpe sur l’aviation. Notre problématique était la suivante : « En quoi la maîtrise des forces par les innovations techniques a elle permis au rêve de Léonard de Vinci de se réaliser ? » Nous sommes en effet partis du personnage de Léonard de Vinci. Cet artiste et ingénieur du XVeme et XVIeme siècle avait en effet imaginé une machine volante, l’ornithoptère, qui reposait sur la force musculaire du pilote. Dans la production écrite de notre tpe, nous avons présenté différentes innovations ayant permit une maîtrise des forces d’un avion (poids, poussée, trainée, portance) au cours de l’histoire. »
Depuis l’antiquité l’homme a voulu se déplacer, d’abord sur terre, puis par la mer et ensuite dans les airs ce qui a donné lieu à des applications pratiques.
le secteur du transport contribue de manière significative aux émissions de gaz à effet de serre dans la plupart des pays, et représente 23 % (au niveau mondial) et 30 % (au niveau de l’OCDE) des émissions de CO2 issues de la combustion des énergies fossiles en 2005. La grande majorité des émissions de CO2 provient du transport routier, mais d’autres modes de transport ont également des incidences significatives sur le réchauffement climatique, comme par exemple le secteur de l’aviation ou le transport maritime. C’est pourquoi le transport de l’avenir dois se tourner vers les énergies renouvelables, un avion a énergie solaire, le Solar impulse
Nous allons donc vous présenter le projet Solar Impulse, mené par Bertrand picard, psychiatre et aéronaute suisse, en collaboration avec le pilote André Borschberg. Ce projet consista à faire voler un avion mû par énergie solaire seulement. Il représente une véritable prouesse technique, car faire voler un avion sans carburant est un exploit inégalé. Nous vous expliquerons comment il a été possible pour le Solar impulse, grâce à différentes innovations, d’effectuer le tour du monde.
Le but du projet Solar Impulse était de montrer qu’il est possible pour avion de voler en continu sans consommer aucune énergie fossile. Comme son nom l’indique, l’avion solar impulse fonctionne à l’énergie solaire. En conséquence, un vol de nuit ne semble pas concevable, mais dans le cas de solar impulse, des batteries ont été ajoutées à l’avion afin d’emmagasiner l’énergie solaire le jour, et de l’utiliser la nuit. Ceci constitue une véritable prouesse technique. Nous allons désormais expliquer le fonctionnement d’un panneau solaire.
Un panneau solaire est constitué de silicium. Ce matériau semi-conducteur est présent dans la silice contenue dans le sable. En présence de lumière, les électrons de l’atome de silicium s’excitent et passent d’une atome à un autre, mais ceci ne produit pas de courant électrique car un courant électrique est un déplacement d’électrons dans un sens déterminé. Pour obtenir ce courant, on effectue un dopage du silicium. Pour ce faire, on crée un tension électrique avec un surplus d’électrons d’un côté et un déficit d’électrons de l’ autre (c’est le même principe que les cathodes et les anodes des piles électriques). Les électrons passent donc de la borne négative contenant le surplus d’électrons à la borne positive (déficit). Un panneau solaire est constitué en plusieurs couches. Dans la partie supérieure, on a ajouté du phosphore, dont les atomes contiennent plus d’électrons que ceux du silicium. On a donc un surplus d’électrons. Dans la partie inférieure, on a ajouté du Bore, dont les atomes contiennent moins d’électrons que ceux du silicium. Ainsi, lorsque le panneau est exposé à la lumière, lés électrons excités passent de la borne - à la borne +, ce qui crée un courant électrique de la borne + vers la borne -. Cet énergie, qui ne nécessite que le rayonnement solaire et non sa chaleur, est inépuisable.
L’avion Solar impulse possède 4 moteurs de 10 chevaux chacun. Un avion de ligne classique en possède plus de 400 000! Cette puissance ne lui permet d’atteindre que les 70 Km/h. Rappel du principe de portance (extrados/intrados) —> faible vitesse = faible portance. En effet, Chaque mètre carré de l’aile d’un Airbus A340 peut soulever 870Kg, alors que chaque mètre carré de l’aile de SI ne peut soulever que 8Kg! Or, l’avion pèse 1600 Kg (poids d’une voiture) donc on doit augmenter la surface ailaire. Donc on a des ailes très grandes, et surtout très longues (allongement=63m) (problème: en augmentant la surface de l’aile, on augmente le poids et donc on doit augmenter la portance: 63 m =compromis parfait optimal)
matériaux: il faut des matériaux solides et légers: on utilise la fibre de Carbone, matériau composite léger, solide mais non rigide (il se tord). Pour le rendre rigide, on utilise une structure en sandwich composée de nid d’abeilles (polypropylène) pris entre deux plaques de fibres de carbone. On obtient donc un matériau léger, solide et rigide. Explication de la structure de l’avion (poutres et nervures) + inclinaison 5° avant décrochage
Pour effectuer un vol sans carburant en continu, l’avion solar impulse doit emmenaient l’énergie solaire de la journée afin de l’utiliser la nuit. Ceci nécessite un organisation précise du vol en fonction de l’heure explication du schéma du diapo
Le projet solar impulse est révolutionnaire. Son but n’est pas de transporter des passagers, mais c’est de délivrer un message d’espoir à l’humanité, afin de lui montrer que l’énergie solaire est utilisable en continu et même de nuit. Il s’agit de repousser les limites de ce qui nous empêcherait de nous tourner vers ces énergies. Aujourd’hui, au XXIe siècle, le DD devient une priorité pour l’humanité, et ce projet est en parfait accord avec ce programme. La maîtrise des forces a donc été essentielle pour optimiser l’aérodynamisme et pour assurer le vol à de cet « avion ayant le poids d’une voiture, les ailes d’un Boeing et la puissance d’un scooter ».Solar impulse fut donc un défi de taille, mais est la preuve que les limites de la science peuvent toujours être repoussées.