Les élèves de 1ères STI2D du Lycée des Flandres se sont lancé le défi de
lancer un ballon sonde avec l’aide du Centre national d'études spatiales (CNES)
et de l’association Planète Sciences. Le but du “Projet Ballon sonde” est de
créer une nacelle qui embarquera plusieurs expériences créées, montées et mises
au point par les élèves.
Depuis novembre 2021, les élèves se sont
mis au travail pour réussir leur pari. Ils ont commencé par étudier les différentes
étapes du vol. En effet, le ballon doit emmener avec lui dans son ascension une
masse de matériel expérimental de 1,8kg grâce à la poussée d’Archimède. Au
cours de l’ascension, le volume du ballon va augmenter jusqu’à une limite
située aux alentours des 30km où il explosera. La
fin du voyage se fera sous un parachute jusqu’au sol. Les mesures seront
enregistrées et exploitées après l’atterrissage.
La première étape du projet
est restée liée à la mécanique du vol avec la compréhension de la poussée
d’Archimède et la détermination expérimentale du volume d’hélium nécessaire
pour emmener les expériences à 30 km d’altitude. Cette étude s’est réalisée à
l’aide d’une maquette constituée de ballons de baudruche, d’hélium et de masses
marquées.
Dans un second temps, la classe s’est séparée en plusieurs groupes
pour s’occuper des différents capteurs et systèmes d’enregistrement : le
capteur de pression; le capteur d’humidité; le capteur de CO2; le
capteur de température (thermistance), le baromètre; le capteur de lumière
(photorésistance); une caméra Go pro sous le ballon pour filmer la vue du
dessous; une caméra en direct (avec une transmission de 30m) pour voir la vue
du décollage; une caméra au-dessus de couvercle pour voir le grossissement du
ballon en fonction de la pression
Présentation des capteurs
Le capteur de Pression
Un capteur de pression est un capteur permettant de mesurer
la pression en “Pa”. Il possède une tension de 0 à 5 V et une étendue des
mesures de 0 à 7000 hPa.
Pour le
capteur de pression, le groupe de Roman, Lison, Timon et Antoine ont mis en
place le câblage qui permettra par la suite d’avoir les mesures sur la carte
Arduino.
Par
la suite, le groupe a mis en place le codage pour pouvoir avoir les résultats
de la pression en fonction de l'altitude.
Le capteur d’humidité
Un
capteur d’humidité est un capteur permettant de mesurer l’humidité dans l’air. Elle
est appelée degré hygrométrique et s’exprime % ; Il est donc noté sous forme
d’un taux de pourcentage d’humidité dans l’air.
Le capteur de CO2
Un capteur de CO2 est un capteur permettant de
mesurer le taux de CO2 dans l’air. L’unité du taux de CO2
dans l’air est le PPM (partie par million)
Pour le
câblage du capteur de pression, le groupe de Thomas, Alexis Derhille, Florian
et Hugo C ont mis en place le câblage qui permettra par la suite d’avoir les
mesures sur la carte Arduino.
Par la suite, le groupe a mis en place le programme
pour pouvoir avoir les résultats du taux de CO2 dans l’air.
Le capteur de température (thermistance)
Une
thermistance est un composant électronique dont la résistance électrique varie
en fonction de la température. L’unité de température est le degré Celsius.
Pour le câblage du capteur, 2 groupes (Groupe de Bastien, Estéban,
Alexis Demarthe et Kevin et le groupe de Phileas, Nathan, Mathéo, Baptiste et
Erwan) ont travaillé pour permettre les mesures sur la carte Arduino.
Ils ont également mis en place le programme permettant
d’obtenir les résultats de la température en fonction de l’altitude.
Le baromètre
Un
baromètre est un capteur qui sert à mesurer la pression atmosphérique en bar
Un groupe d'élèves avec l’aide de M Therssen a mis en place
le câblage qui permet d’avoir les mesures sur la carte Arduino.
Le capteur de luminosité (photorésistance)
La
photorésistance est un composant électronique permettant de faire
varier la résistance en fonction de la lumière
perçue. La variation de
résistance par le biais d’un pont diviseur de tension nous donne la luminosité
sous forme d’une tension qu'il
est facile d'acquérir avec l'aide d'une carte Arduino au travers d'une
entrée analogique.
Montage de
la boîte
Pendant que les différents groupes s’occupaient des
capteurs, le groupe d’Hugo P, Robin et Enzo s’est occupé de la conception de la
nacelle qui reçoit tous les capteurs. Au départ, le groupe a dû faire des schémas
pour visualiser préalablement la boîte et répondre au cahier des charges, puis
il a choisi le matériau adapté : le polystyrène extrudé pour sa légèreté
et sa résistance.
Le groupe a finalement modélisé en 3d les différentes parties
de la boite et le tube qui accueille les câbles .
Après tout ce travail, la boîte est maintenant prête pour le décollage !
JOUR J : MARDI 24 MAI
2022
La
classe est présente en salle 313 pour mettre en place en présence de M. Kaufman, Aero-technicien
l’ensemble de la chaîne de vol.
Préparation de la chaîne de montage : La
chaîne de montage est composée d’un réflecteur radar pour prévenir les avions, d’un
parachute pour ralentir la chute de la nacelle et des capteurs après
explosion du ballon. Les élèves ont dû préparer les éléments de la chaîne de
vol
Le module GPS a été testé par Robin et Erwan qui ont montré
qu’il fonctionnait à distance importante
Après avoir fait ces préparations, place à la revue du
matériel pour valider ou non le vol. Soulagement pour tout le monde : le vol est
autorisé par M. Kaufman.
Un
plan de vol est fait par simulation. On peut voir que le ballon fera une boucle
avant d’atterrir en Belgique entre Gand et Ostende
Décollage !!!
Horaire prévu : 14h sur le
stade !
Il
faut gonfler le ballon à l’hélium, vérifier le bon fonctionnement de nos
capteurs (une dernière fois), assembler le ballon et le lâcher.
Les
élèves ont préparé le terrain pour gonfler le ballon, ils ont mis une bâche au
sol pour le protéger et huit d’entre eux l’ont maintenu au sol.
Après un
décompte tout le monde l’a lâché et il a fini par s’envoler!