Tanguy

Synthèse personnelle de T.P.E.

Option : sciences de l'ingénieur.

Notre T.P.E. rentre dans le thème "Modèles et modélisation", le modèle comme outil d'anticipation.

Disciplines : Sciences de l'ingénieur et physique.

En binôme avec Gonzague Bertin

Sujet : Les fusées à eau

Problématique : " Peut on facilement modéliser la trajectoire d'une fusée à eau ? "

Au cours de l'été, j'avais commencé à fabriquer des fusées à eau basiques composées d'une seule bouteille puis, au fil des essais je les ai développées et me suis pris au jeu de tenter de les envoyer toujours plus haut. Seulement, je n'avais fait qu'exploiter l'aspect technique des fusées et ne m'étais pas du tout intéressé à leur fonctionnement ni aux calculs relatifs. J'ai donc vu l'opportunité de le faire dans le cadre scolaire pendant ces T.P.E.  J'ai proposé ce sujet à Gonzague,  qui lui a tout de suite plu. Nous avons alors pu nous lancer dans le travail de recherche.

Etant donné que nous avions déjà un outil expérimental abouti, nous avons écarté les problématiques comme "Comment lancer une fusée à eau" ou "pourquoi une fusée a eau vole t-elle ?". Nous avons choisi la problématique "Peut on modéliser facilement la trajectoire d'une fusée à eau" car elle permettait d'approfondir le sujet tout en restant à notre portée. Nous avions en effet découvert que bien que des calculs simples existent, tout pouvait rapidement se compliquer et devenir insoluble à notre niveau. Le sujet consistait à trouver puis à tenter de simplifier les calculs de trajectoire, en les gardant valables. On devait établir un modèle puis le vérifier par des tirs et ensuite le valider ou le corriger.

Nous avons décidé de travailler sur deux parties distictes : premièrement la fabrication d'une fusée qui soit le propice à faire des expériences de trajectoires, puis l'utilisation de formules qui définissent les facteurs de variation de trajectoires. Nous avons tout d'abord fait un travail de recherche sur Internet en parallèle pour pouvoir recouper nos informations. le problème suivant s'est posé : nous devions sélectionner des sites qui étaient à notre niveau. Or la plupart étaient trop superficiels ou au contraire incompréhensibles pour des élèves de première. Nous avons mis plus de deux mois à rassembler les informations nécessaires à l'élaboration de notre premier modèle. M. Bayard nous a beaucoup aidé pour la démarche expérimentale, ce qui nous a permis de structurer nos recherches et nos expériences. Nous avons commencé par tenter de prévoir le temps de vol en fonction de la pression.

Pour passer à la pratique, nous avons fait des tirs sur le front de mer mais nous n'arrivions pas à avoir assez de données, car certains tirs étaient ratés et les deux heures vite écoulées entre la préparation du matériel et la mise en place des fusées. J'ai donc dû continuer chez moi le week-end (non sans plaisir !) alors que Gonzague se concentrait sur l'aspect physique. Presque tous les vols verticaux se sont bien passés j'avais règlé la majorité des problèmes techniques, les différents systèmes étaient fiables et éprouvés. Le problème est venu des tirs paraboliques. L'obtention d'un angle de départ a été dur  et les vols ont presque tous raté. Cela est dû au centre de gravité qui se déplace rapidement pendant la phase de départ et qui déséquilibre la fusée (voir rubrique). Je n'ai pas réussi à résoudre ce problème qui reste un échec pour moi. L'essentiel était que l'on avait obtenu des videos exploitables et suffisament de données pour conclure nos expériences. J'ai énormément apprécié le mois de décembre car nous pouvions appliquer les formules sur le travail et l'énergie vues en cours de physique quelques jours après et nous les approprier totalement.

Nous avions alors presque fini tous nos calculs et vérifié nos modèles quand nous nous somme mis à rechercher notre support pour la production finale. Je ne voyais qu'un diaporama ou un site web car il fallait que l'on puisse utiliser différents médias: du texte des images et des videos.

Après avoir ouvert le site , nous l'avons complété au fur et à mesure chacun de notre côté puisque l'on ne pouvait plus se voir. Je me suis occupé de la partie sur la construction. J'ai aussi rédigé les démonstrations des formules de vitesse, de poussée et d'altitude ainsi que la partie sur les analyses des vols. J'ai enfin proposé une conclusion que Gonzague a modifié et complété. La réalisation de vidéos m'a pris énormément de temps, mais le plus long à été celle sur la chronophotographie. Il fallait en effet convertir à chaque fois les images, faire des capture d'écran et utiliser de nombreux logiciels. Une autre des difficultés était l'édition d'équations car l'on devait d'abord passer par Word puis par Paint puis les importer et enfin les publier. Dans sa globalité, le site à été réalisé assez facilement car l'éditeur est très bien conçu et le temps d'adaptation rapide.

Le plus important est que nous ayons réussi à compléter le site dans les temps et que le travail soit achevé. Nous avons en effet rempli nos objectif qui étaient de modéliser simplement la trajectoire d'une fusée à eau. Seul un modèle n'a pu être vérifié par expérience, mais l'équation théorique est utilisée par d'autres fuséiste, ce qui la crédibilise. Pour ma part, j'ai appris énormément de chose, tant en informatique, qu'en pratique ou en physique. Le sujet me passionne, j'ai donc pris énormément de plaisir à y travailler d'autant plus qu'il me reste pleins d'aspects à étudier et d'avancées techniques à poursuivre (double étage, booster, ordinateur de bord...). La collaboration avec Gonzague a été très efficace, nous avons apprécié de travailler ensemble dans la bonne humeur qu'entretenait monsieur Bayard ! Le seul point négatif a été la fin du projet, gâchée par certains évènement, qui m'ont empêchés de travailler correctement pendant le mois de janvier.

La bibliographie est consultable dans un des onglets du site.