Défi d'ingénierie éolienne
Une mine de renseignements met 50 Trousses d'éoliennes GRATUITES à la disposition des jeunes innovateurs du Canada. Chacune d’entre elles comprend le matériel nécessaire à la construction d'une éolienne fonctionnelle à l'aide d'engrenages et d'un petit moteur, ainsi que des instructions en anglais. Les trousses sont limitées à un exemplaire par foyer et sont disponibles selon le principe du premier arrivé, premier servi. L'expédition n'est possible qu'à l'intérieur du Canada.
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Sécurité
Pour réaliser cette activité, il vous faudra peut-être l'aide d'un adulte, en particulier lors de l'utilisation de la colle chaude. Installez-vous sur une surface stable et plane pour éviter que les matériaux roulent ou que les structures tombent. Soyez prudent lors de l’utilisation de la colle chaude, car l'embout métallique du pistolet à colle et la colle chaude peuvent provoquer des brûlures. Appliquez de petites quantités pour éviter que la colle ne coule et laissez-la refroidir complètement avant de manipuler les pièces collées. Lorsque vous travaillez avec des composants électriques, manipulez les fils avec précaution pour éviter de les plier ou de les casser.
Arrière-plan
Comment fonctionnent les éoliennes ?
Le vent est une source d'énergie naturelle puissante qui ne s'épuise jamais ! Les éoliennes utilisent de grandes pales, dont la rotation transforme le vent en électricité pour alimenter nos maisons. Les éoliennes sont utilisées depuis environ 130 ans et, aujourd'hui, elles contribuent à fournir de l'énergie propre dans le monde entier.
L'énergie éolienne se développe rapidement ! Entre 2011 et 2021, la quantité d'électricité produite par le vent a presque quadruplé. Le Canada est l'un des principaux pays producteurs d'énergie éolienne, et des vents forts soufflent dans chaque province et territoire. Certains des meilleurs emplacements pour les éoliennes se trouvent le long des côtes, et le Canada possède le plus long littoral du monde !
Mais saviez-vous que les éoliennes n'existeraient pas sans les minéraux et les métaux ? Voyons de plus près de quoi elles sont faites :
- La tour est faite de fer et de zinc pour la rendre plus robuste et éviter la rouille ;
- La base est faite en béton, qui contient du gypse minéral ;
- Les pales sont en fibre de verre, qui provient de la silice ;
- À l'intérieur de la nacelle (la grande boîte au sommet), des pièces en alliage de nickel aident à transformer le vent en énergie ;
- Le générateur est équipé d'aimants fabriqués à partir de terres rares, qui contribuent à créer de l’électricité ;
- Des fils de cuivre transportent l'électricité le long de la tour ;
- Des piles au lithium stockent l'énergie supplémentaire pour les périodes où le vent ne souffle pas.
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Fait amusant : Dans le nord du Québec, la Mine Raglan de Glencore réduit sa dépendance au diesel en utilisant l'énergie éolienne ! Leur éolienne et leur centre de stockage d'énergie contribuent à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Objectifs de la formation
Pouvez-vous concevoir et construire une éolienne solide qui génère de l'électricité pour alimenter une lampe DEL ? À l'aide de bâtonnets, d'engrenages et d'un petit moteur, votre mission consiste à construire une base solide, à assembler un système d'engrenages fonctionnel et à créer des pales efficaces pour capter l'énergie du vent. Pensez comme un ingénieur : renforcez votre structure, alignez vos engrenages avec précision et expérimentez différentes formes de pales pour maximiser la puissance ! Votre éolienne tournera-t-elle avec succès ? Voyons voir !
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Matériel
La Trousse de fabrication d'une éolienne en bâtonnets comprend :
- 100 bâtonnets de bois
- 118 ml de colle artisanale
- 1 moteur à couple élevé
- 1 support de moteur à pince en aluminium
- 2 diodes électroluminescentes (couleurs variables)
- 1 paquet d'engrenages mixtes avec une variété de tailles de dents et de brosses
- 30 cm de fil de fer rouge
- 30 cm de fil de fer noir
- 2 chevilles en bois
- 1 grande paille
- 1 bande de ruban adhésif double face en mousse
- 1 morceau de papier cartonné
Matériel facultatif provenant de la maison (fortement recommandé) :
- Pistolet à colle chaude
- Bâtonnets de colle chaude
- Papier et crayon pour rédiger votre plan
- Règle
La trousse comprend de la colle artisanale, mais pour un assemblage plus rapide et plus sécuritaire, nous vous recommandons d'utiliser un pistolet à colle chaude (sous la supervision d'un adulte).
Instructions
Votre objectif est de construire une éolienne capable de générer suffisamment d'énergie pour allumer une ampoule DEL. Plutôt que de suivre un plan spécifique, pensez comme un ingénieur et créez votre propre structure !
Voici quelques questions pour vous aider à commencer :
- Base et structure : Comment allez-vous créer une base solide et stable pour que votre éolienne ne se renverse pas ? Quelles sont les formes qui favorisent la solidité d’une structure ?
- Engrenages et moteur : Où devez-vous placer vos engrenages pour qu'ils tournent bien ? Comment allez-vous aligner le moteur pour qu'il se connecte correctement ?
- Pales de l'hélice : Quelles sont la forme et la taille des pales qui conviennent le mieux pour capter le vent ? Comment pouvez-vous les fixer solidement ?
Si vous avez besoin d'inspiration ou d'une aide étape par étape, consultez notre tutoriel vidéo pour trouver des idées ! Le tutoriel vidéo n'est présentement disponible qu'en anglais.
Conseils
Construction de la base
- Il est recommandé d'utiliser de la colle chaude plutôt que de la colle à bois. La colle chaude sèche plus rapidement et est légèrement moins résistante que la colle à bois, mais cela peut être utile si vous souhaitez corriger une erreur dans la structure ;
- Veillez à ce que votre structure soit aussi plane que possible afin d'éviter tout problème lors des étapes ultérieures. Utilisez une règle pour vérifier que l'espacement et la hauteur sont cohérents. Une structure plane sera plus solide ;
- Travailler avec des bâtonnets en trois dimensions peut s'avérer délicat, car les bordures sont fines et offrent une surface de collage restreinte. Pour y remédier, essayez de coller plusieurs bâtonnets ensemble ou de les prendre en sandwich les uns avec les autres.
Fixation du moteur et des engrenages
- S'il est difficile de faire tourner le grand engrenage et le petit engrenage du moteur l’un contre l’autre, essayez d'abaisser le moteur ou de soulever le grand engrenage rouge. Pour ce faire, retirez le bâton et la paille et ajoutez d'autres bâtonnets ou ajoutez simplement plus de colle pour augmenter la hauteur lorsque vous recollez la paille. Une autre astuce consiste à décentrer légèrement le petit engrenage par rapport au grand.
Mise en place des composantes électriques
- La DEL doit être fixée dans le bon sens, c'est-à-dire dans le sens de rotation des pales. La DEL comporte un fil long (positif) et un fil court (négatif). Si la DEL ne s'allume pas lorsque les pales tournent, essayez d'inverser l'orientation des DEL ou de changer l'orientation des pales pour qu'elles tournent dans l'autre sens lorsqu'elles sont prises par le vent. La DEL ne s'allumera que si les pales tournent dans le bon sens.
Création et fixation des pales
- Testez différents modèles de pales avec du papier ordinaire avant d'utiliser le papier cartonné de la trousse ;
- Si vos pales tournent, mais que la DEL ne s'allume pas, il se peut que vous ayez besoin de plus de puissance. Essayez alors d'utiliser des pales plus grandes ou d'augmenter la vitesse du vent. Vous pouvez également vérifier si la connexion de la DEL doit être inversée.
