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CONSTRUCTION DE CIRCUITS ELECTRIQUES
AVEC CAPTEURS DANS LE BUT DE
DEVELOPPER LA COMPETENCE
laquo TRANSFERER raquo
De la compreacutehension agrave la reacutealisation drsquoun projet applicable au
deuxiegraveme degreacute de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition
Travail de fin drsquoeacutetudes preacutesenteacute
en vue de lrsquoobtention du grade de
Bachelier-Agreacutegeacute de
lrsquoenseignement secondaire
infeacuterieur sous-section sciences
Travail de fin drsquoeacutetudes reacutealiseacute par Cleacutement WAGNER
Promoteur
Luc NACHTERGAELE
Anneacutee acadeacutemique 2017-2018
Je remercie M Nachetergaele pour son aide et
ses nombreux conseils apporteacutes lors de toute
la reacutealisation du TFE Ce travail nrsquoaurait pas pu
ecirctre fait sans lui
Je remercie ma correctrice Caroline Hocq
pour son soutien moral pendant toute la
reacutealisation du TFE et pour la correction de
lrsquoorthographe de mon TFE
Je remercie mes camarades de classe en
particulier Michel Hindou et Julien Toegers
pour les heures passeacutees ensemble agrave travailler
nos TFE mais surtout pour avoir testeacute la
reacutealisation de mon TFE
Je remercie M Boterberge pour ses conseils
sur lrsquoeacutelectriciteacute lors de mon stage et aussi pour
mrsquoavoir laisseacute interroger ses eacutelegraveves pour mon
projet
2
Table des matiegraveres Introduction 3
1 Les liens avec le programme et quelques pistes didactiques 5
Liens avec le programme 5
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE 8
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme anneacutees 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme anneacuteeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
3 Le deacutetail des composants des circuits 18
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique 29
5 Le fonctionnement des deux circuits 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33
6 Quel budget pour ce projet 35
Conclusion 42
Sitographie 44
Bibliographiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46
Annexeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
3
Introduction
Avec lrsquoarriveacutee des nouveaux programmes un eacuteleacutement nouveau vient bouleverser
lrsquoenseignement les processus de deacuteveloppement (connaitre appliquer et transfeacuterer)
La matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute dans lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition doreacutenavant vue
en troisiegraveme anneacutee et non plus en cinquiegraveme porte sur le processus laquo transfeacuterer raquo le
plus complexe agrave mettre en place puisqursquoil srsquoagit drsquoune nouvelle matiegravere De plus un
nouvel aspect sur lrsquoeacutelectriciteacute est abordeacute lors du cours de troisiegraveme il srsquoagit de la partie
sur les capteurs ainsi que leur utilisation Crsquoest agrave ces nouveauteacutes du programme que je
me suis inteacuteresseacute Dans le cadre de ce travail de fin drsquoeacutetude je tente de montrer une
application simple et accessible pour tout enseignant motiveacute par cette nouvelle
approche de lrsquoeacutelectriciteacute
Pour proposer une reacuteponse agrave ces nouveauteacutes le travail reprend le cours
drsquoeacutelectriciteacute en lrsquoimpleacutementant drsquoun projet afin de lrsquoaccompagner avec comme finaliteacute
la construction drsquoune petite alarme agrave deacutetecteur de preacutesence Pour ce faire je me suis
drsquoabord renseigneacute sur les processus de deacuteveloppement agrave aborder pour cette UAA afin
drsquoavoir une vue globale sur la matiegravere Je me suis ensuite informeacute sur la reacutealisation du
circuit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de preacutesence avec un capteur Apregraves avoir commandeacute
tout le mateacuteriel et avoir appris agrave monter un tel circuit jrsquoai pu faire mes premiegraveres
manipulations afin drsquoajuster les valeurs des diffeacuterents composants de mon circuit Jrsquoai
alors voulu reacutepondre agrave cette question laquo ce projet de montage inteacuteresse-il les eacutelegraveves raquo
Degraves lors au moyen drsquoun sondage jrsquoai recueilli lors de mon stage 32 au centre scolaire
du Sacreacute-Cœur de Jette lrsquoavis drsquoeacutelegraveves de deuxiegraveme secondaire qui nrsquoont jamais eacuteteacute
dispenseacutes de cours sur lrsquoeacutelectriciteacute et drsquoeacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee qui ont deacutejagrave vu cette
matiegravere en leur faisant tester un premier dispositif une alarme agrave deacutetecteur de
preacutesence Jrsquoai continueacute le projet en reacutealisant un second circuit qui ressemble
suffisamment au premier mais avec un nouveau capteur dont le fonctionnement
change il srsquoagit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature De cette maniegravere jrsquoobtiens
un second circuit avec un capteur qui peut servir de laquo transfert raquo pour non seulement
la partie sur les capteurs mais aussi pour toute la matiegravere qui concerne la lecture de
4
scheacutemas et la reacutealisation de circuit qui sert de projet drsquoaccompagnement au cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute tout en deacuteveloppant le nouveau processus laquo transfeacuterer raquo sur les capteurs
Les principales difficulteacutes rencontreacutees pour la reacutealisation de ce projet sont lieacutees
agrave la construction mecircme du circuit Certes de nombreux montages de la sorte ont deacutejagrave
eacuteteacute reacutealiseacutes et sont consultables sur internet Le problegraveme reste qursquoil faut trouver un
moyen abordable pour des novices de lrsquoeacutelectronique (moi les enseignants les eacutelegraveves)
de reacutealiser ces circuits Apregraves avoir trouveacute un bon modegravele il me faut encore ajuster les
valeurs des reacutesistances afin drsquooptimiser au mieux les circuits
Ce travail comporte six parties Drsquoabord les liens avec le programme et les
attentes de celui-ci sont abordeacutes pour ensuite expliciter quelques pistes didactiques afin
de guider les enseignants dans la reacutealisation drsquoun tel projet en classe en adeacutequation
avec le programme Les parties suivantes traitent de la reacutealisation des circuits le
fonctionnement des diffeacuterents composants eacutelectroniques qui interviennent dans les
circuits un rappel sur la scheacutematisation de ces composants et de circuits et enfin le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes La derniegravere partie proposera des exemples
de budgeacutetisation pour la reacutealisation drsquoun tel projet dans une classe de trente eacutelegraveves
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
Je remercie M Nachetergaele pour son aide et
ses nombreux conseils apporteacutes lors de toute
la reacutealisation du TFE Ce travail nrsquoaurait pas pu
ecirctre fait sans lui
Je remercie ma correctrice Caroline Hocq
pour son soutien moral pendant toute la
reacutealisation du TFE et pour la correction de
lrsquoorthographe de mon TFE
Je remercie mes camarades de classe en
particulier Michel Hindou et Julien Toegers
pour les heures passeacutees ensemble agrave travailler
nos TFE mais surtout pour avoir testeacute la
reacutealisation de mon TFE
Je remercie M Boterberge pour ses conseils
sur lrsquoeacutelectriciteacute lors de mon stage et aussi pour
mrsquoavoir laisseacute interroger ses eacutelegraveves pour mon
projet
2
Table des matiegraveres Introduction 3
1 Les liens avec le programme et quelques pistes didactiques 5
Liens avec le programme 5
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE 8
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme anneacutees 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme anneacuteeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
3 Le deacutetail des composants des circuits 18
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique 29
5 Le fonctionnement des deux circuits 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33
6 Quel budget pour ce projet 35
Conclusion 42
Sitographie 44
Bibliographiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46
Annexeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
3
Introduction
Avec lrsquoarriveacutee des nouveaux programmes un eacuteleacutement nouveau vient bouleverser
lrsquoenseignement les processus de deacuteveloppement (connaitre appliquer et transfeacuterer)
La matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute dans lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition doreacutenavant vue
en troisiegraveme anneacutee et non plus en cinquiegraveme porte sur le processus laquo transfeacuterer raquo le
plus complexe agrave mettre en place puisqursquoil srsquoagit drsquoune nouvelle matiegravere De plus un
nouvel aspect sur lrsquoeacutelectriciteacute est abordeacute lors du cours de troisiegraveme il srsquoagit de la partie
sur les capteurs ainsi que leur utilisation Crsquoest agrave ces nouveauteacutes du programme que je
me suis inteacuteresseacute Dans le cadre de ce travail de fin drsquoeacutetude je tente de montrer une
application simple et accessible pour tout enseignant motiveacute par cette nouvelle
approche de lrsquoeacutelectriciteacute
Pour proposer une reacuteponse agrave ces nouveauteacutes le travail reprend le cours
drsquoeacutelectriciteacute en lrsquoimpleacutementant drsquoun projet afin de lrsquoaccompagner avec comme finaliteacute
la construction drsquoune petite alarme agrave deacutetecteur de preacutesence Pour ce faire je me suis
drsquoabord renseigneacute sur les processus de deacuteveloppement agrave aborder pour cette UAA afin
drsquoavoir une vue globale sur la matiegravere Je me suis ensuite informeacute sur la reacutealisation du
circuit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de preacutesence avec un capteur Apregraves avoir commandeacute
tout le mateacuteriel et avoir appris agrave monter un tel circuit jrsquoai pu faire mes premiegraveres
manipulations afin drsquoajuster les valeurs des diffeacuterents composants de mon circuit Jrsquoai
alors voulu reacutepondre agrave cette question laquo ce projet de montage inteacuteresse-il les eacutelegraveves raquo
Degraves lors au moyen drsquoun sondage jrsquoai recueilli lors de mon stage 32 au centre scolaire
du Sacreacute-Cœur de Jette lrsquoavis drsquoeacutelegraveves de deuxiegraveme secondaire qui nrsquoont jamais eacuteteacute
dispenseacutes de cours sur lrsquoeacutelectriciteacute et drsquoeacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee qui ont deacutejagrave vu cette
matiegravere en leur faisant tester un premier dispositif une alarme agrave deacutetecteur de
preacutesence Jrsquoai continueacute le projet en reacutealisant un second circuit qui ressemble
suffisamment au premier mais avec un nouveau capteur dont le fonctionnement
change il srsquoagit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature De cette maniegravere jrsquoobtiens
un second circuit avec un capteur qui peut servir de laquo transfert raquo pour non seulement
la partie sur les capteurs mais aussi pour toute la matiegravere qui concerne la lecture de
4
scheacutemas et la reacutealisation de circuit qui sert de projet drsquoaccompagnement au cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute tout en deacuteveloppant le nouveau processus laquo transfeacuterer raquo sur les capteurs
Les principales difficulteacutes rencontreacutees pour la reacutealisation de ce projet sont lieacutees
agrave la construction mecircme du circuit Certes de nombreux montages de la sorte ont deacutejagrave
eacuteteacute reacutealiseacutes et sont consultables sur internet Le problegraveme reste qursquoil faut trouver un
moyen abordable pour des novices de lrsquoeacutelectronique (moi les enseignants les eacutelegraveves)
de reacutealiser ces circuits Apregraves avoir trouveacute un bon modegravele il me faut encore ajuster les
valeurs des reacutesistances afin drsquooptimiser au mieux les circuits
Ce travail comporte six parties Drsquoabord les liens avec le programme et les
attentes de celui-ci sont abordeacutes pour ensuite expliciter quelques pistes didactiques afin
de guider les enseignants dans la reacutealisation drsquoun tel projet en classe en adeacutequation
avec le programme Les parties suivantes traitent de la reacutealisation des circuits le
fonctionnement des diffeacuterents composants eacutelectroniques qui interviennent dans les
circuits un rappel sur la scheacutematisation de ces composants et de circuits et enfin le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes La derniegravere partie proposera des exemples
de budgeacutetisation pour la reacutealisation drsquoun tel projet dans une classe de trente eacutelegraveves
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
2
Table des matiegraveres Introduction 3
1 Les liens avec le programme et quelques pistes didactiques 5
Liens avec le programme 5
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE 8
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme anneacutees 12
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme anneacuteeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip15
3 Le deacutetail des composants des circuits 18
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique 29
5 Le fonctionnement des deux circuits 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence 31
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33
6 Quel budget pour ce projet 35
Conclusion 42
Sitographie 44
Bibliographiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip46
Annexeshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip48
3
Introduction
Avec lrsquoarriveacutee des nouveaux programmes un eacuteleacutement nouveau vient bouleverser
lrsquoenseignement les processus de deacuteveloppement (connaitre appliquer et transfeacuterer)
La matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute dans lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition doreacutenavant vue
en troisiegraveme anneacutee et non plus en cinquiegraveme porte sur le processus laquo transfeacuterer raquo le
plus complexe agrave mettre en place puisqursquoil srsquoagit drsquoune nouvelle matiegravere De plus un
nouvel aspect sur lrsquoeacutelectriciteacute est abordeacute lors du cours de troisiegraveme il srsquoagit de la partie
sur les capteurs ainsi que leur utilisation Crsquoest agrave ces nouveauteacutes du programme que je
me suis inteacuteresseacute Dans le cadre de ce travail de fin drsquoeacutetude je tente de montrer une
application simple et accessible pour tout enseignant motiveacute par cette nouvelle
approche de lrsquoeacutelectriciteacute
Pour proposer une reacuteponse agrave ces nouveauteacutes le travail reprend le cours
drsquoeacutelectriciteacute en lrsquoimpleacutementant drsquoun projet afin de lrsquoaccompagner avec comme finaliteacute
la construction drsquoune petite alarme agrave deacutetecteur de preacutesence Pour ce faire je me suis
drsquoabord renseigneacute sur les processus de deacuteveloppement agrave aborder pour cette UAA afin
drsquoavoir une vue globale sur la matiegravere Je me suis ensuite informeacute sur la reacutealisation du
circuit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de preacutesence avec un capteur Apregraves avoir commandeacute
tout le mateacuteriel et avoir appris agrave monter un tel circuit jrsquoai pu faire mes premiegraveres
manipulations afin drsquoajuster les valeurs des diffeacuterents composants de mon circuit Jrsquoai
alors voulu reacutepondre agrave cette question laquo ce projet de montage inteacuteresse-il les eacutelegraveves raquo
Degraves lors au moyen drsquoun sondage jrsquoai recueilli lors de mon stage 32 au centre scolaire
du Sacreacute-Cœur de Jette lrsquoavis drsquoeacutelegraveves de deuxiegraveme secondaire qui nrsquoont jamais eacuteteacute
dispenseacutes de cours sur lrsquoeacutelectriciteacute et drsquoeacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee qui ont deacutejagrave vu cette
matiegravere en leur faisant tester un premier dispositif une alarme agrave deacutetecteur de
preacutesence Jrsquoai continueacute le projet en reacutealisant un second circuit qui ressemble
suffisamment au premier mais avec un nouveau capteur dont le fonctionnement
change il srsquoagit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature De cette maniegravere jrsquoobtiens
un second circuit avec un capteur qui peut servir de laquo transfert raquo pour non seulement
la partie sur les capteurs mais aussi pour toute la matiegravere qui concerne la lecture de
4
scheacutemas et la reacutealisation de circuit qui sert de projet drsquoaccompagnement au cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute tout en deacuteveloppant le nouveau processus laquo transfeacuterer raquo sur les capteurs
Les principales difficulteacutes rencontreacutees pour la reacutealisation de ce projet sont lieacutees
agrave la construction mecircme du circuit Certes de nombreux montages de la sorte ont deacutejagrave
eacuteteacute reacutealiseacutes et sont consultables sur internet Le problegraveme reste qursquoil faut trouver un
moyen abordable pour des novices de lrsquoeacutelectronique (moi les enseignants les eacutelegraveves)
de reacutealiser ces circuits Apregraves avoir trouveacute un bon modegravele il me faut encore ajuster les
valeurs des reacutesistances afin drsquooptimiser au mieux les circuits
Ce travail comporte six parties Drsquoabord les liens avec le programme et les
attentes de celui-ci sont abordeacutes pour ensuite expliciter quelques pistes didactiques afin
de guider les enseignants dans la reacutealisation drsquoun tel projet en classe en adeacutequation
avec le programme Les parties suivantes traitent de la reacutealisation des circuits le
fonctionnement des diffeacuterents composants eacutelectroniques qui interviennent dans les
circuits un rappel sur la scheacutematisation de ces composants et de circuits et enfin le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes La derniegravere partie proposera des exemples
de budgeacutetisation pour la reacutealisation drsquoun tel projet dans une classe de trente eacutelegraveves
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
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45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
3
Introduction
Avec lrsquoarriveacutee des nouveaux programmes un eacuteleacutement nouveau vient bouleverser
lrsquoenseignement les processus de deacuteveloppement (connaitre appliquer et transfeacuterer)
La matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute dans lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition doreacutenavant vue
en troisiegraveme anneacutee et non plus en cinquiegraveme porte sur le processus laquo transfeacuterer raquo le
plus complexe agrave mettre en place puisqursquoil srsquoagit drsquoune nouvelle matiegravere De plus un
nouvel aspect sur lrsquoeacutelectriciteacute est abordeacute lors du cours de troisiegraveme il srsquoagit de la partie
sur les capteurs ainsi que leur utilisation Crsquoest agrave ces nouveauteacutes du programme que je
me suis inteacuteresseacute Dans le cadre de ce travail de fin drsquoeacutetude je tente de montrer une
application simple et accessible pour tout enseignant motiveacute par cette nouvelle
approche de lrsquoeacutelectriciteacute
Pour proposer une reacuteponse agrave ces nouveauteacutes le travail reprend le cours
drsquoeacutelectriciteacute en lrsquoimpleacutementant drsquoun projet afin de lrsquoaccompagner avec comme finaliteacute
la construction drsquoune petite alarme agrave deacutetecteur de preacutesence Pour ce faire je me suis
drsquoabord renseigneacute sur les processus de deacuteveloppement agrave aborder pour cette UAA afin
drsquoavoir une vue globale sur la matiegravere Je me suis ensuite informeacute sur la reacutealisation du
circuit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de preacutesence avec un capteur Apregraves avoir commandeacute
tout le mateacuteriel et avoir appris agrave monter un tel circuit jrsquoai pu faire mes premiegraveres
manipulations afin drsquoajuster les valeurs des diffeacuterents composants de mon circuit Jrsquoai
alors voulu reacutepondre agrave cette question laquo ce projet de montage inteacuteresse-il les eacutelegraveves raquo
Degraves lors au moyen drsquoun sondage jrsquoai recueilli lors de mon stage 32 au centre scolaire
du Sacreacute-Cœur de Jette lrsquoavis drsquoeacutelegraveves de deuxiegraveme secondaire qui nrsquoont jamais eacuteteacute
dispenseacutes de cours sur lrsquoeacutelectriciteacute et drsquoeacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee qui ont deacutejagrave vu cette
matiegravere en leur faisant tester un premier dispositif une alarme agrave deacutetecteur de
preacutesence Jrsquoai continueacute le projet en reacutealisant un second circuit qui ressemble
suffisamment au premier mais avec un nouveau capteur dont le fonctionnement
change il srsquoagit drsquoune alarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature De cette maniegravere jrsquoobtiens
un second circuit avec un capteur qui peut servir de laquo transfert raquo pour non seulement
la partie sur les capteurs mais aussi pour toute la matiegravere qui concerne la lecture de
4
scheacutemas et la reacutealisation de circuit qui sert de projet drsquoaccompagnement au cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute tout en deacuteveloppant le nouveau processus laquo transfeacuterer raquo sur les capteurs
Les principales difficulteacutes rencontreacutees pour la reacutealisation de ce projet sont lieacutees
agrave la construction mecircme du circuit Certes de nombreux montages de la sorte ont deacutejagrave
eacuteteacute reacutealiseacutes et sont consultables sur internet Le problegraveme reste qursquoil faut trouver un
moyen abordable pour des novices de lrsquoeacutelectronique (moi les enseignants les eacutelegraveves)
de reacutealiser ces circuits Apregraves avoir trouveacute un bon modegravele il me faut encore ajuster les
valeurs des reacutesistances afin drsquooptimiser au mieux les circuits
Ce travail comporte six parties Drsquoabord les liens avec le programme et les
attentes de celui-ci sont abordeacutes pour ensuite expliciter quelques pistes didactiques afin
de guider les enseignants dans la reacutealisation drsquoun tel projet en classe en adeacutequation
avec le programme Les parties suivantes traitent de la reacutealisation des circuits le
fonctionnement des diffeacuterents composants eacutelectroniques qui interviennent dans les
circuits un rappel sur la scheacutematisation de ces composants et de circuits et enfin le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes La derniegravere partie proposera des exemples
de budgeacutetisation pour la reacutealisation drsquoun tel projet dans une classe de trente eacutelegraveves
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
4
scheacutemas et la reacutealisation de circuit qui sert de projet drsquoaccompagnement au cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute tout en deacuteveloppant le nouveau processus laquo transfeacuterer raquo sur les capteurs
Les principales difficulteacutes rencontreacutees pour la reacutealisation de ce projet sont lieacutees
agrave la construction mecircme du circuit Certes de nombreux montages de la sorte ont deacutejagrave
eacuteteacute reacutealiseacutes et sont consultables sur internet Le problegraveme reste qursquoil faut trouver un
moyen abordable pour des novices de lrsquoeacutelectronique (moi les enseignants les eacutelegraveves)
de reacutealiser ces circuits Apregraves avoir trouveacute un bon modegravele il me faut encore ajuster les
valeurs des reacutesistances afin drsquooptimiser au mieux les circuits
Ce travail comporte six parties Drsquoabord les liens avec le programme et les
attentes de celui-ci sont abordeacutes pour ensuite expliciter quelques pistes didactiques afin
de guider les enseignants dans la reacutealisation drsquoun tel projet en classe en adeacutequation
avec le programme Les parties suivantes traitent de la reacutealisation des circuits le
fonctionnement des diffeacuterents composants eacutelectroniques qui interviennent dans les
circuits un rappel sur la scheacutematisation de ces composants et de circuits et enfin le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes La derniegravere partie proposera des exemples
de budgeacutetisation pour la reacutealisation drsquoun tel projet dans une classe de trente eacutelegraveves
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
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laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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saturation (page consulteacutee le 20012017)
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luminosite (page consulteacutee le 19012017)
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collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
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QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
5
1 Les liens avec le programme et quelques pistes
didactiques Liens avec le programme
Ce projet prend place dans lrsquoUAA11 de physique du deuxiegraveme degreacute de
lrsquoenseignement geacuteneacuteral A savoir laquo UAA1 Lrsquoeacutelectriciteacute raquo
Ces reacutefeacuterences sont les suivantes laquo Humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques sciences
geacuteneacuterales 2e degreacute D20147362323 raquo
Avant de srsquointeacuteresser en deacutetails au contenu de cette UAA il est important de se rappeler
ce que les eacutelegraveves sont censeacutes avoir vu dans le premier degreacute
Force deacutefinition mesure et uniteacute
Principe des actions reacuteciproques
Circuits eacutelectriques simples
Interrupteur (circuit ouvert circuit fermeacute)
Bons et mauvais conducteurs eacutelectriques
Energie eacutelectrique et transformations drsquoeacutenergie
Pour cette UAA les compeacutetences agrave deacutevelopper sont les suivantes
Mener une deacutemarche expeacuterimentale pour controcircler un circuit eacutelectrique
Reacutesoudre une situation concregravete impliquant des concepts et des proprieacuteteacutes des
courants eacutelectriques
1 Uniteacute drsquoAcquis drsquoApprentissage
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
6
Les deacuteveloppements attendus pour cela sont les suivants
Expliciter des connaissances
Appliquer Transfeacuterer
Deacutecrire une expeacuterience mettant en eacutevidence lrsquoexistence de deux types de charge eacutelectrique et les attractions reacutepulsions qui en reacutesultent (C1)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs etou de capteurs (T1)
Sur base drsquoune expeacuterience eacutenoncer les conditions de circulation drsquoun courant eacutelectrique dans un milieu donneacute (C2)
Mesurer et veacuterifier par calcul la valeur de lrsquointensiteacute de courant traversant un eacuteleacutement de circuit ou de la tension appliqueacutee agrave cet eacuteleacutement dans un circuit (A2)
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
A lrsquoaide drsquoune expeacuterience montreacutee mettre en eacutevidence et estimer la variation du courant eacutelectrique drsquoun circuit en fonction de paramegravetres (A3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Mesurer lrsquoeacutenergie ou la puissance eacutelectrique produite ou consommeacutee dans un circuit (A4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Deacutecrire les conditions drsquoutilisation seacutecuriseacutees (pour les personnes et pour le mateacuteriel) drsquoun circuit simple qursquoil soit domestique ou non (C7)
Ce TFE a pour objectif principal drsquoapporter une reacuteponse au seul point de transfert de
cette UAA 1 laquo Reacutealiser une tacircche qui implique un montage agrave lrsquoaide de commutateurs
et ou de capteurs raquo
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
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laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
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laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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saturation (page consulteacutee le 20012017)
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45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
7
Cependant il peut srsquoinseacuterer dans une seacutequence de cours afin de deacutevelopper bien
drsquoautres points preacutesents dans le programme agrave savoir
Deacutecrire le rocircle du geacuteneacuterateur des reacutecepteurs des cacircbles de connexion et de
lrsquointerrupteur dans un circuit (C3)
Reconnaitre et utiliser des symboles normaliseacutes des eacuteleacutements de circuit (C4)
Restituer un scheacutema du circuit drsquoalimentation drsquoune LED drsquoun potentiomegravetre et
drsquoun rheacuteostat (C5)
Deacutecrire le scheacutema drsquoune installation eacutelectrique domestique simple y repeacuterer et
nommer les diffeacuterents eacuteleacutements (C6)
Reacutealiser un circuit simple agrave partir drsquoun scheacutema et vice versa (A1)
Ces points seront en effet deacuteveloppeacutes puisque pour reacutealiser les circuits proposeacutes dans
ce TFE les eacutelegraveves devront pouvoir lire et comprendre un scheacutema de circuit les symboles
des eacuteleacutements preacutesents dans ce circuit et reacutealiser ce dernier
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
8
Quelques pistes didactiques pour lrsquoutilisation de ce TFE
Bien que lrsquoeacutelectriciteacute puisse ecirctre un sujet deacutelicat pour les enseignants comme
pour les eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee il est important de se rappeler que le programme
nous conseille de rester dans le qualitatif que ce soit pour expliquer les capteurs mais
aussi pour les circuits dits laquo mixtes raquo alliant des montages en parallegravele et en seacuterie mais
eacutegalement des groupements mixtes
Pour les conseils qui suivent jrsquoexprime parfois un avis personnel ou jrsquoutilise des
affirmations quant aux comportements des eacutelegraveves jrsquoutilise ici des retours que jrsquoai pu
expeacuterimenter en stage et qui se trouvent plus loin dans ce TFE
Pour mettre en place ce projet vous pouvez choisir soit de voir tout le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute laquo normalement raquo puis de reacutealiser le projet soit drsquointroduire le projet et de
suivre le cours en se rapportant aux montages et agrave sa reacutealisation pendant le suivi du
cours Vous trouverez ci-dessous mes conseils pour lrsquoutilisation didactique de ce TFE
Reacutealiser le projet en parallegravele du cours
Vous pouvez monter le dispositif drsquoalarme dans votre classe (le
dispositif drsquoun cocircteacute de la porte et un laser alimenteacute fixeacute de lrsquoautre
cocircteacute de la porte pointant vers le capteur) puis faites rentrer les
eacutelegraveves dans la classe (avec un minimum de luminositeacute fermer les
tentures les lampes etc) Ils passeront alors agrave travers le signal
laser ce qui devrait deacuteclencher lrsquoalarme agrave chaque passage Vous
obtiendrez ainsi une premiegravere reacuteaction chez vos eacutelegraveves qui
srsquointerrogeront sur ce systegraveme Ils voudront probablement en
apprendre plus et cela tombe bien puisqursquoils pourront le
construire eux-mecircmes Mais avant la construction en elle-mecircme
Il faut comprendre ce qursquoest lrsquoeacutelectriciteacute
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
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45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
9
Commencez le cours sur lrsquoeacutelectrisation drsquoun objet Pour cette
partie il nrsquoest pas possible de faire de reacutefeacuterence au circuit de
lrsquoalarme encore trop complexe
Vous pouvez alors faire un rappel sur les circuits simples (matiegravere
qursquoils doivent avoir vue en deuxiegraveme normalement) Parlez du
multimegravetre le sens du courant et les tests de conductiviteacute pour
cela vous aurez besoin de geacuteneacuterateur de tension il est possible
drsquoutiliser notre plaquette et son alimentation pour cette partie Il
suffira alors de planter les fils dans la plaquette drsquoessai et de relier
ces fils aux diffeacuterents outils de plus grande taille dont vous
disposez (multimegravetre ampoule etc) Vous pouvez eacutegalement
leur apprendre agrave scheacutematiser un circuit eacutelectrique ainsi que les
parties laquo simples raquo deacutejagrave vues jusqursquoici
Ensuite parlez de lrsquointensiteacute eacutelectrique Ici encore il y a la
possibiliteacute de se servir de la plaquette comme un support pour les
lois drsquointensiteacute en seacuterie et en parallegravele
Il en va de mecircme pour la tension eacutelectrique elle aussi mesurable
gracircce au mateacuteriel utiliseacute dans ce projet
Vient alors la partie sur les reacutesistances eacutelectriques crsquoest dans cette
partie que vous pouvez utiliser au maximum le potentiel du circuit
puisque le kit drsquoeacutelectronique comporte des reacutesistances des
potentiomegravetres2 ou encore des capteurs (thermistance et
photoreacutesistance) qui sont les eacuteleacutements cleacutes du montage et eux-
mecircmes des reacutesistances variables Prolongez ensuite cette partie
en abordant les capteurs dans certains circuits eacutelectriques
Terminez cette matiegravere avec la scheacutematisation de ces composants
et le dessin global des circuits eacutelectriques Deacutecortiquez
maintenant le dispositif de lrsquoalarme point par point en utilisant le
scheacutema et la plaquette comme support en expliquant les
composants plus complexes (transistor LED photoreacutesistance
2 Composants dits agrave reacutesistance variable reacuteglables agrave la valeur deacutesireacutee par lrsquoutilisateur
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
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laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
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luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
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12052017)
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45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
10
etc)3 et tout en faisant des liens avec la partie plus laquo theacuteorique raquo
vue au cours (sens du courant fonctionnement drsquoune LED drsquoune
reacutesistance etc)4
Mettez alors le projet entre parenthegraveses pour parler de la
puissance et de lrsquoeacutenergie qui sont plus difficilement abordables agrave
partir du circuit
Enfin vous pouvez parler de lrsquoeacutelectriciteacute laquo agrave la maison raquo et
notamment de la seacutecuriteacute lieacutee agrave celle-ci Vous pouvez conclure
qursquoune autre seacutecuriteacute dans un bacirctiment passe aussi par la
protection contre les intrus dans la maison et vous leur proposez
enfin de construire le circuit puisque normalement ils ont tous les
outils pour pouvoir le faire Cette activiteacute peut se reacutealiser par
groupe ou tout seul
Selon la politique de lrsquoeacutecole ils pourraient srsquoils le souhaitent
reprendre le montage chez eux moyennant rachat des
composants mais surtout de la plaquette5
Apregraves la reacutealisation ou lors drsquoune interrogation utilisez le concept
de thermistance pour leur proposer de modifier le circuit de
lrsquoalarme agrave deacutetecteur de mouvement pour en faire une alarme agrave
deacutetecteur de tempeacuterature Demandez-leur de scheacutematiser
deacutecrire expliquer le fonctionnement et reacutealiser le circuit
3 Tous ces composants sont deacutetailleacutes et expliqueacutes dans la partie laquo deacutetails des composants du circuit raquo 4 La plaquette peut eacutegalement servir pour toutes les manipulations sur lrsquoeacutelectriciteacute (test de LED sens du courant test drsquointerrupteur mesure de reacutesistance drsquointensiteacute de tension hellip) 5 Vous trouverez un deacutetail des prix drsquoachat plus loin dans ce TFE les composants sont peu couteux contrairement agrave la plaquette drsquoessai qui est un peu plus chegravere
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
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Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
11
Reacutealiser le projet agrave la fin de la seacutequence de cours
Il est possible de suivre le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute de maniegravere laquo normale raquo
(utiliser des expeacuteriences et des manipulations pour montrer chaque
partie de la matiegravere) tout en se servant au besoin du projet Par exemple
aborder le rappel sur lrsquointerrupteur la lecture de scheacutema les deacutefinitions
des symboles de scheacutema eacutelectrique avant drsquoaborder ledit projet
En fin de seacutequence utilisez alors lrsquoeacuteleacutement deacuteclencheur qursquoest la
deacutemonstration de lrsquoalarme pour introduire ce projet
Apportez-leur les nouvelles notions qui nrsquoont pas eacuteteacute abordeacutees lors du
cours laquo classique raquo les diffeacuterents composants et capteurs et leur
fonctionnement la scheacutematisation de ceux-ci et de circuits comment
utiliser une plaquette drsquoexpeacuterimentation
Reprenez alors les mecircmes conseils eacutemis dans la partie preacuteceacutedente
laquo reacutealiser le projet en parallegravele du cours raquo pour les points pour lesquels
vous rencontrez des difficulteacutes
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
12
2 Lrsquointeacuterecirct des eacutelegraveves pour ce projet
Ce TFE part drsquoun principe les eacutelegraveves seront motiveacutes par lrsquoideacutee de construire eux-
mecircmes des circuits qursquoils pourraient reproduire agrave la maison Pour certains cette
motivation lors de la construction sera une eacutevidence il est cependant inteacuteressant de
veacuterifier si cela est bien le cas Pour ce faire des questionnaires6 ont eacuteteacute distribueacutes agrave
trente-quatre eacutelegraveves de deuxiegraveme et trente-six eacutelegraveves de troisiegraveme secondaire
Cette enquecircte de terrain a eacuteteacute reacutealiseacutee afin de deacuteterminer drsquoune part si la
deacutemarche de ce TFE (concevoir un circuit eacutelectrique utile pour les eacutelegraveves lors du cours
drsquoeacutelectriciteacute) est reacuteellement une motivation pour les eacutelegraveves drsquoautre part elle permet
drsquoobtenir plus de deacutetails sur ces circuits eacutelectriques que ce soit pour lrsquoutiliteacute du circuit en
lui-mecircme ou encore pour la forme de la tacircche agrave accomplir
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des deuxiegraveme
anneacutees Ce sondage cherche agrave savoir ce que les eacutelegraveves de deuxiegraveme aimeraient pouvoir
faire avec lrsquoeacutelectriciteacute et ce avant drsquoavoir reccedilu le cours sur les diffeacuterentes sources et
formes drsquoeacutenergies et que le cours sur les circuits simples Dans ce questionnaire il est agrave
noter que le circuit de lrsquoalarme nrsquoa pas eacuteteacute montreacute en classe de deuxiegraveme anneacutee Ceci
est un choix afin de ne pas les deacutestabiliser apregraves la vue drsquoun tel circuit alors qursquoils nrsquoont
pas encore manipuleacute une simple ampoule au cours des leccedilons Ils ont reacutepondu aux
quatre questions suivantes
Q1 Que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Q2 Qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur
lrsquoeacutelectriciteacute
Q4 Que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison lors du
cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
66 Ils sont disponibles en annexe
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
13
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en
annexe Apregraves consultation de ceux-ci il srsquoavegravere inutile de diffeacuterencier les questions 2 et
3 leur but eacutetant drsquoobserver si les eacutelegraveves srsquoimposent des limites de deacuteveloppement de
connaissances dues au fait qursquoil srsquoagisse drsquoun cours et donc qursquoon ne pouvait pas laquo tout
y voir raquo On peut observer que les eacutelegraveves ne font pas speacutecialement de diffeacuterence et
pensent que le fait que lrsquoon soit en cours ne soit pas un problegraveme pour qursquoils puissent
apprendre tout ce qursquoils veulent sur lrsquoeacutelectriciteacute
Question 1 que sais-tu agrave propos de lrsquoeacutelectriciteacute
Notons que cette question est laquo ouverte raquo les ideacutees viennent donc uniquement
des eacutelegraveves Bien que les chiffres soient laquo faibles raquo ils repreacutesentent des donneacutees
inteacuteressantes car les eacutelegraveves ont ameneacute ces reacuteponses sans ecirctre influenceacutes par le sens de
la question ou par une question preacutecise
Il est possible de dire que les eacutelegraveves se rendent compte de lrsquoimportance de
lrsquoeacutelectriciteacute dans leur vie (au moins 30) mais eacutegalement qursquoelle peut repreacutesenter un
danger (au moins 15) De plus certains savent deacutejagrave comment un circuit simple avec
une ampoule et un interrupteur fonctionne (au moins 12)7
On remarquera eacutegalement qursquoau moins 9 des eacutelegraveves pensent que lrsquoeacutelectriciteacute
est une source drsquoeacutenergie et qursquoau moins neuf autres pourcents pensent qursquoil srsquoagit drsquoune
forme drsquoeacutenergie Bien qursquoils nrsquoaient pas encore suivi le cours sur les sources et formes
drsquoeacutenergies ce cours et la maniegravere de diffeacuterencier les deux sont donc inteacuteressants afin de
modifier ces fausses preacuteconceptions
Questions 2 et 3 qursquoaimerais-tu savoir-faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute
Et qursquoaimerais-tu savoir savoir-faire apregraves avoir suivi le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Ces questions servent principalement agrave savoir ce que les eacutelegraveves attendent drsquoun
cours sur lrsquoeacutelectriciteacute mais aussi plus geacuteneacuteralement ce qursquoils aimeraient savoir et savoir-
faire en rapport avec lrsquoeacutelectriciteacute 38 des eacutelegraveves aimeraient savoir reacutealiser des circuits
simples pour comprendre les bases de lrsquoeacutelectriciteacute On pourrait penser qursquoil srsquoagit ici drsquoun
7 laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo Enseignement catholique secondaire (pages 43 48 49 50 et 51)
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
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luminosite (page consulteacutee le 19012017)
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laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
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laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
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QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
14
chiffre assez peu repreacutesentatif puisque certaines reacuteponses des autres participants sont
de savoir-faire des choses bien plus complexes que de simples circuits En effet on peut
ajouter 26 drsquoeacutelegraveves qui aimeraient creacuteer une batterie portable pour leur teacuteleacutephone
23 qui voudraient creacuteer une lampe et 20 qui souhaiteraient creacuteer une alarme pour
leur maison Ces valeurs cumuleacutees font plus de 100 ce reacutesultat peut provenir
simplement du fait que certains eacutelegraveves ont indiqueacute leur envie de creacuteer plusieurs de ces
circuits Un eacuteleacutement impotent est agrave noter seulement 6 des eacutelegraveves ont drsquoeux-mecircmes
preacuteciseacute qursquoils voulaient manipuler eux-mecircmes les circuits et prendre en charge leur
montage
A cocircteacute de ces reacutealisations pratiques il est bon de savoir qursquoau moins 17 deacutesirent
en apprendre plus sur les eacutenergies renouvelables et comment moins consommer
drsquoeacutenergie Sans oublier qursquoau moins 23 des eacutelegraveves souhaitent simplement en
apprendre plus sur la production drsquoeacutelectriciteacute
Suite agrave cette deuxiegraveme question il est agrave noter que certains eacutelegraveves deacutesirent
apprendre des choses sur la creacuteation de lrsquoeacutelectriciteacute et les moyens de mieux utiliser
lrsquoeacutenergie De plus bien que ceux qui se contentent de la reacutealisation drsquoun circuit simple
lors du cours seront combleacutes par ce qui se fait deacutejagrave on peut constater qursquoune partie non
neacutegligeable de la classe deacutesire construire des eacutequipements utiles pour eux (alarme
lampe batterie externe)
Question 4 que penses-tu de la reacutealisation de circuits simples pour la maison
lors du cours drsquoeacutelectriciteacute (par exemple une petite alarme pour ta chambre )
La question peut-ecirctre la plus inteacuteressante car elle concerne en plus le projet
pour le fait de reacutealiser une alarme en classe lors du cours drsquoeacutelectriciteacute les eacutelegraveves sont
inteacuteresseacutes par lrsquoideacutee (50) srsquoajoutent agrave ce nombre 9 agrave la condition qursquoil ne srsquoagisse pas
seulement de laquo circuits simples raquo comme ils pourraient le faire lors drsquoun laquo cours
normal raquo 17 drsquoentre eux trouvent ce projet laquo tregraves inteacuteressant raquo et 6 trouvent cela
laquo trop cool raquo Seul un eacutelegraveve (3) juge ne pas avoir besoin drsquoun tel systegraveme et donc qursquoil
est inutile drsquoapprendre agrave le construire Les 14 restants ne se sont pas prononceacutes agrave ce
sujet Drsquoapregraves lrsquoavis des classes de deuxiegraveme anneacutee un tel projet est une deacutemarche
positive agrave reacutealiser
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
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laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
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saturation (page consulteacutee le 20012017)
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luminosite (page consulteacutee le 19012017)
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laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
15
Analyse des reacutesultats du sondage reacutealiseacute aupregraves des troisiegraveme
anneacutees Les eacutelegraveves ont deacutejagrave suivi le cours le cursus concernant cette UAA Ce sondage
cherche agrave savoir comment les troisiegraveme ont ressenti le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute qursquoils ont
reccedilu lors du premier trimestre Il permet eacutegalement de savoir lors drsquoune premiegravere
approche (qui consiste en la deacutemonstration en classe de lrsquoalarme agrave deacutetecteur de
passage) srsquoils appreacutecient le thegraveme de lrsquoeacutelectriciteacute ou non La seconde question servait agrave
deacuteterminer les acquis des eacutelegraveves face agrave ce cours Les derniegraveres questions visent agrave
deacuteterminer lrsquointeacuterecirct de manipulations en classe et surtout celui pour les diffeacuterents
circuits preacutevus et preacutesenteacute Les eacutelegraveves ont reacutepondu aux questions suivantes
Q1 As-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Q2 Qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Q3 Aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Q4 Que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Q5 Aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Q6 Aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
Les reacutesultats ainsi qursquoun format vierge de ces questionnaires sont disponibles en annexe
Question 1 as-tu appreacutecieacute le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Pourquoi
Suite aux reacutesultats au moins 36 des eacutelegraveves appreacutecient le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
Cependant les reacutesultats de cette question sont fausseacutes en effet les 67 restant
deacuteclarent ne pas aimer le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute Cela dit quand on regarde la raison de
leur reacuteponse pour 61 drsquoentre eux est la suivante la stagiaire qui leur donnait cette
matiegravere la dispensait de maniegravere tregraves theacuteorique avec peu de manipulation selon les dires
des eacutelegraveves elle ne maitrisait pas son sujet
Cette question bien que sans doute fausseacutee pour les raisons mentionneacutees est
inteacuteressante En effet elle montre qursquoune majoriteacute des eacutelegraveves nrsquoest pas amplement
satisfaite par cette maniegravere de recevoir la matiegravere sur lrsquoeacutelectriciteacute Ceci renforce le projet
de ce TFE puisqursquoil consiste en une nouvelle approche plus pratique du thegraveme de
lrsquoeacutelectriciteacute
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
16
Question 2 qursquoas-tu retenu du cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
La question 2 a pour but de montrer lrsquoimpact drsquoun cours drsquoeacutelectriciteacute
laquo classique raquo (sans montage suppleacutementaire) sur les eacutelegraveves observer leurs acquis sur ce
thegraveme Il est important de noter que ces eacutelegraveves ont reccedilu le cours par une stagiaire ce
qui suite aux reacuteponses de la question 1 induit une baisse de la quantiteacute de matiegraveres
retenues par les eacutelegraveves Cinq mois apregraves avoir reccedilu le cours 42 des eacutelegraveves ayant
reacutepondu agrave la question estiment toujours maitriser les aspects plus theacuteoriques agrave savoir
les formules et les lois en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute 35 des eacutelegraveves preacutecisent qursquoils sauraient
toujours construire et eacutenoncer la diffeacuterence entre un circuit en parallegravele et un en seacuterie
Les autres nrsquoauraient drsquoapregraves leur reacuteponse laquo rien retenu raquo Ces valeurs faibles
renforcent lrsquoideacutee qursquoil serait peut-ecirctre bon drsquoapporter un plus au cours sur lrsquoeacutelectriciteacute
pourquoi pas un montage qui inteacuteresse les eacutelegraveves Encore une fois soyons prudent avec
ces chiffres puisque selon le retour des eacutelegraveves et de leur professeur le cours qui leur a
eacuteteacute dispenseacute nrsquoeacutetait pas de grande qualiteacute
Question 3 aimerais-tu en savoir plus agrave ce sujet
Toujours est-il que lorsque lrsquoon interroge les eacutelegraveves sur lrsquoenvie ou non drsquoen
apprendre plus sur lrsquoeacutelectriciteacute 61 drsquoentre eux veulent en savoir plus et 20 sont
mitigeacutes sur la question Ces derniers veulent bien en apprendre plus agrave la condition qursquoil
ne srsquoagisse pas de la reacutealisation de circuits trop simples
Question 4 que penses-tu du fait de reacutealiser des montages eacutelectriques au cours
drsquoeacutelectriciteacute
Une grande majoriteacute des eacutelegraveves estime que cela peut-ecirctre une bonne ideacutee et ce
pour plusieurs raisons tout drsquoabord la reacutealisation de circuit eacutelectrique est jugeacutee par le
public comme une tacircche amusante Ensuite au-delagrave de lrsquoamusement cette tacircche
permet eacutegalement la manipulation des outils et aussi des composants des circuits
eacutelectriques par les eacutelegraveves eux-mecircmes Drsquoautres encore pensent que cette tacircche attire
plus lrsquoattention des eacutelegraveves et les aide agrave mieux comprendre la matiegravere Enfin certains
voient dans cette tacircche la possibiliteacute de travailler en groupe et donc drsquoaider laquo les plus en
difficulteacute raquo si ceux-ci le demandent
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
17
Question 5 aimerais-tu apprendre agrave construire une alarme pour ta chambre
Pour cette question il srsquoagit principalement de deacutecider lrsquoideacutee principale de ce
projet est une ideacutee positive Les reacutesultats indiquent qursquoen effet 91 des eacutelegraveves
aimeraient apprendre agrave reacutealiser une alarme pour leur chambre Par conseacutequent la
reacutealisation drsquoune alarme est une ideacutee riche de sens pour ce projet
Question 6 aimerais-tu apprendre agrave construire un deacutetecteur de chaleur
En ce qui concerne cette question il srsquoagit eacutegalement de deacutecider du bien-fondeacute
de lrsquoideacutee principale de ce projet Les reacutesultats sont un peu plus mitigeacutes En effet
seulement 77 ont reacutepondu favorablement agrave lrsquoenvie de reacutealiser un deacutetecteur de
chaleur Les 14 qui ont trouveacute ce montage moins inteacuteressant que celui drsquoune alarme
srsquoexpliquent par le fait qursquoils ont deacutejagrave ce genre de systegraveme chez eux Cependant ce
montage reste valable pour ce projet
Si nous regroupons toutes les questions et les reacuteponses des eacutelegraveves ces derniers
se disent inteacuteresseacutes par un tel projet pour plusieurs raisons changer de meacutethode de
travail construire par eux mecircme et en groupe aider laquo les eacutelegraveves le plus en difficulteacute raquo
et surtout deacutevelopper des compeacutetences lieacutees agrave la construction de ces montages qui
pourront leur servir dans leur vie de tous les jours
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
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laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
18
3 Le deacutetail des composants des circuits Avant de se lancer dans la compreacutehension plus en deacutetails du fonctionnement du
circuit il est important de se familiariser avec les diffeacuterents eacuteleacutements neacutecessaires agrave la
reacutealisation des circuits concerneacutes par ce TFE Dans cette section nous pourrons en
apprendre plus sur le fonctionnement de ces composants et sur leur rocircle dans le circuit
et eacutegalement sur le support du circuit ainsi que lrsquoalimentation de celui-ci Dans la suite
de ce TFE se trouvera une budgeacutetisation drsquoun tel projet avec le prix des diffeacuterentes piegraveces
utiliseacutees
a) La plaque drsquoexpeacuterimentation ou plaque agrave essai
La plaque drsquoexpeacuterimentation ou breadboard en anglais (fig 1)8 est le support
principal de notre montage Le principe est le suivant il srsquoagit drsquoune plaque perceacutee
drsquoune multitude de trous ces derniers sont connecteacutes ensemble le plus souvent par
groupe de cinq (en colonne sur lrsquoimage) Ces trous servent agrave connecter des composants
entre eux sans avoir besoin de souder ou drsquoattacher les pattes et les fils eacutelectriques des
composants
Les trous sur les cocircteacutes sont eux aussi connecteacutes sous forme de 4 grandes lignes
2 lignes de part et drsquoautre de la plaquette Geacuteneacuteralement on utilisera ces 4 lignes
comme alimentation Comme connexion drsquoentreacutee de courant (+) et comme borne de
sortie vers (la masse) la terre (-) Ces deux lignes srsquoeacutetendent sur toute la longueur de la
plaque pour la simple raison qursquoil faut pouvoir avoir accegraves lrsquoalimentation partout sur la
plaquette9
8 laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (consulteacute le 19012017) 9 Ibidem
Figure 1 Plaquette drsquoexpeacuterimentation
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
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45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
19
b) Les fils
Bien entendu le principal composant drsquoun montage sont les fils eacutelectriques qui
sur notre plaquette vont permettre de connecter ensemble lrsquoalimentation et les
diffeacuterents composants du circuit Il existe deux types de fils Drsquoune part les fils rigides
(fig2) qui sont pratiques car ils permettent de bien visualiser le rendu final du circuit
eacutelectronique Drsquoautre part les fils souples (fig2)10 sont plus faciles agrave manipuler
Cependant la complexiteacute augmente lorsque le nombre de fils utiliseacutes augmente Par
ailleurs les fils ont tendance agrave deacutevier sur les cocircteacutes et donnent parfois de mauvaises
connexions lorsque les connecteurs de la plaque agrave essai ont eacuteteacute utiliseacutes plusieurs fois Il
est alors preacutefeacuterable drsquoutiliser les fils souples lors du montage du circuit mais de les
remplacer par des fils rigides une fois le montage termineacute Il est degraves lors inteacuteressant de
disposer drsquoune petite pince plate pour enlever plus facilement les fils rigides 11
10 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017) 11 Ibid
Figure 2 Fils de connexion souples et rigides
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
20
c) Lrsquoalimentation de la plaque agrave essai
Le reacutegulateur de tension pour plaquette
Comme son nom lrsquoindique ce
reacutegulateur (fig 3)12 qui srsquoinsegravere agrave
lrsquoextreacutemiteacute drsquoune plaquette
drsquoexpeacuterimentation permet agrave lrsquoutilisateur de choisir quelle tension envoyer dans les
colonnes drsquoalimentation de la plaquette (5 ou 33V) Pour ce faire le reacutegulateur dispose
drsquoune prise USB ou drsquoun port Jack male agrave connecter Pour choisir les tensions deux
cavaliers (jaunes sur la photo) permettent de choisir de reacutegler chaque cocircteacute de la
plaquette sur laquo off raquo laquo 33V raquo ou laquo 5V raquo Le reacutegulateur est ensuite composeacute drsquoun bouton
laquo onoff raquo pour lrsquoallumer Le reste est peu inteacuteressant pour lrsquoutilisateur
Les piles
Pour alimenter la plaquette il est aussi possible drsquoacheter des connecteurs pour
piles En inseacuterant le nombre de piles correspondant agrave la tension deacutesireacutee il est possible
drsquoalimenter la plaquette13 (fig 4 et 5)14
12 DHgatecom [en ligne] httpfrdhgatecomproductmb102-breadboard-power-supply-module-3-3v383233196htmls1-3-1onsh|4092071177 (page consulteacutee le 19012017) 13 Plus drsquoinformations sur lrsquoalimentation drsquoune breadboard httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls 14 laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo Supercondensateur ce nrsquoest pas une batterie la charge est ultra rapide [en ligne] httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques (page consulteacutee le 19012017)
Figure 3 Reacutegulateur de tension pour Breadboard
Figure 4 Connecteur de piles 9V Figure 5 Connecteur de piles AAA
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
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httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
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QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
21
d) Les leds
Une diode eacutelectroluminescente aussi appeleacutee LED (fig 6)15 pour
Light-Emitting Diode est un composant eacutelectronique qui a la
particulariteacute deacutemettre une lumiegravere lorsquil est parcouru par un
courant eacutelectrique Cependant le courant ne traverse la LED que par
un seul cocircteacute Lorsqursquoil passe de lrsquoautre cocircteacute il est bloqueacute La LED ne
srsquoallume donc pas 16 Dans le circuit une LED srsquoillumine en mecircme temps
que lrsquoalarme lorsque celle-ci est enclencheacutee
e) Les reacutesistances
Une reacutesistance (fig 7)17 est un composant
primordial dans le domaine de lrsquoeacutelectriciteacute Sa
principale caracteacuteristique est drsquoopposer une plus
ou moins grande reacutesistance (mesureacutee en Ohms) agrave
la circulation du courant eacutelectrique Le courant
preacutefeacuterera les parties du circuit opposant le moins
de reacutesistance agrave son passage18
Il existe deux maniegraveres de deacuteterminer la valeur de la reacutesistance La premiegravere
consiste agrave utiliser le tableau du code couleur des reacutesistances (fig 8)19 Pour ce faire il
suffit de tenir la reacutesistance et de suivre le tableau du code couleur il faut faire bien
attention au sens de lecteur de la reacutesistance On peut eacutegalement mesurer la valeur de
la reacutesistance agrave lrsquoaide drsquoun ohmmegravetre pour veacuterifier le calcul reacutealiser agrave partir du tableau
15 laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017) 16 Ibid 17 laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne] httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017) 18 Ibid 19 Ibid
Figure 6 LED de 5mm bleu
Figure 7 Reacutesistances
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
22
suivant Cependant lors de lrsquoachat de reacutesistance elles sont regroupeacutees ensemble avec
leur valeur indiqueacutee
Figure 8 Tableau du code couleur des reacutesistances
f) Les photoreacutesistances
Une photoreacutesistance (fig 9)20 est une reacutesistance variable en fonction de
la luminositeacute preacutesente Plus la lumiegravere touchant les cellules de la photoreacutesistance
sera intense plus la valeur de la reacutesistance (en Ohms) sera faible Inversement
si la reacutesistance est dans le noir elle aura une valeur tregraves grande Crsquoest ce principe
qui sera utiliseacute pour la reacutealisation drsquoune alarme quand le laser touche le capteur
la reacutesistance est faible quand on coupe ce laser elle est eacuteleveacutee 21
20 laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne] httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-luminosite (page consulteacutee le 19012017) 21 laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
Figure 9 Photoreacutesistance
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
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laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
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saturation (page consulteacutee le 20012017)
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httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
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12052017)
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collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
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laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
23
A la figure suivante (fig 10)22 vous pouvez voir les reacutesultats et les
graphiques correspondant drsquoune mesure de reacutesistance de photoreacutesistance en
fonction de lrsquointensiteacute lumineuse la touchant Une photoreacutesistance est placeacutee agrave
10 cm drsquoune source lumineuse et est reculeacutee de 10 cm agrave chaque nouvelle
mesure On voit bien que la reacutesistance est faible lorsque lrsquointensiteacute est eacuteleveacutee
Figure 10 Variation de la reacutesistance dune photoreacutesistance en fonction de lintensiteacute lumineuse et de la distance de la source de lumiegravere
22 laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
24
g) Les thermistances
Dans la mecircme logique que les
photoreacutesistances les thermistances (fig 11)23
sont des reacutesistances dont leur valeur (en Ohms)
deacutepend de la chaleur environnante Plus la
tempeacuterature au niveau de la thermistance sera
eacuteleveacutee plus la reacutesistance sera faible Cela peut
srsquoexpliquer par le fait que les eacutelectrons sont plus
exciteacutes lorsque la chaleur augmente la conduction se fait donc plus facilement Ceci
permet donc au courant de mieux passer dans cette partie du circuit Ce composant est
utiliseacute dans le deacutetecteur de chaleurdrsquoincendie lorsqursquoon approche une flamme de la
thermistance lrsquoalarme et la led se deacuteclencheront24 Il existe plusieurs types de
thermistance celle utiliseacutee pour le circuit est une MF5225 NTC (Coefficient de
tempeacuterature neacutegatif) elle fonctionne de -55degC agrave 125degC
Le graphique suivant (fig 12)26 montre la variation de la reacutesistance drsquoune
thermistance en fonction de la tempeacuterature on voit que celle-ci peut allez de plus de
200Ω agrave moins de 10
23 laquo MF52 Series NTC Thermistor raquo Focusens Fiche technique disponible en annexe IX 24 Ibid 25 Fiche technique disponible en annexe 26 N NEGRE et B PORTELLI laquo Thermistance CTN raquo httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf
Figure 11 Thermistance MF52 series NTC resistor
Figure 12 Variation de la reacutesistance dune thermistance en fonction de la tempeacuterature
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
25
h) Les buzzers
Les buzzers (fig 13)27 sont des composants qui permettent drsquoeacutemettre un
son Il existe deux types de buzzers les passifs28 et les actifs Les premiers qui eacutemettent
en fonction du signal qursquoon lui transmet est dans les faits un haut-parleur puisque la
freacutequence du signal fera varier le son eacutemis Les seconds quant agrave eux sont beaucoup
plus simples ils sont utiliseacutes pour les deux circuits repris dans ce TFE Ils eacutemettent un
son lorsqursquoun courant les traverse Par conseacutequent il suffira de diriger un courant agrave
travers un buzzer actif pour eacutemettre le son de lrsquoalarme29
27 laquo Actif passif hautparleur produits raquo dans aliexpress [en ligne] httpsfraliexpresscompromotionelectronic_active-passive-speaker-promotionhtml (page consulteacutee le 19012017) 28 Fiche technique disponible en annexe XI 29 laquo Buzer actif ou passif raquo [en ligne] httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le 19012017)
Figure 13 Buzzers
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
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httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
26
i) Les transistors
Comment fonctionne un transistor (fig 14)30 Il srsquoagit de la piegravece la plus
complexe des montages preacutesenteacutes Cependant son fonctionnement peut ecirctre deacutecrit
sans utiliser de lois scientifiques afin de garder un langage abordable pour tous Un
transistor est composeacute de 3 pines qui peuvent srsquoappeler ainsi A le collecteur B la base
et C lrsquoeacutemetteur Le principe est le suivant si la base est alimenteacutee par un courant
eacutelectrique continu le transistor sera alors un eacutetat satureacute ou passant Le courant passe
entre le collecteur et lrsquoeacutemetteur si par contre la base nrsquoest pas alimenteacutee le transistor
est dit dans lrsquoeacutetat bloqueacute (fig 13)31 Degraves lors le courant ne peut pas passer entre le
collecteur et lrsquoeacutemetteur Il existe 2 types de transistor (fig 14)32 les NPN et les PNP La
principale diffeacuterence entre les deux est que dans le NPN le courant sort par lrsquoeacutemetteur
(C) alors que le PNP est monteacute dans lrsquoautre sens et donc le courant rentre par lrsquoeacutemetteur
(C) Dans le montage preacutesenteacute il srsquoagit drsquoun NPN (le NP2222)
30 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 31 laquo Transistors raquo dans sparkfun start something [en ligne] httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017) 32 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 14 Transistor
Figure 13 Diffeacuterents eacutetats des transistors
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
27
Pour certains circuits simples le
transistor est inutile comme nous
pouvons le voir agrave la figure 1533
puisqursquoun simple interrupteur en
seacuterie avec lrsquoampoule pourrait suffire
Cependant degraves que nous ajoutons
un capteur comme dans la figure
1634 nous pouvons constater que si
le capteur laisse passer un courant
vers la base du transistor alors le
courant pourra passer dans
lrsquoampoule
33 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017) 34 Ibid
Figure 15 Pas de courant agrave la base transistor bloqueacute ampoule eacuteteinte
Figure 14 Scheacutematisation dun transistor NPN et PNP
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
28
Une question se pose alors pourquoi ne pas mettre directement lrsquoampoule agrave la suite
du capteur et donc sans utiliser de transistor
La reacuteponse agrave cette question est relativement complexe De maniegravere geacuteneacuterale un
capteur nrsquoa pas pour but drsquoalimenter directement le circuit en tension ou en courant
Certains capteurs ne fournissent aucune tension ni aucun courant Evidemment lors de
lrsquoexploitation de ceux-ci il faudra leur joindre une tension pour qursquoils fonctionnent
Reprenons le montage preacuteceacutedent (fig16)35 mais en branchant directement lrsquoampoule agrave
la place du transistor agrave la sortir du capteur Dans certains cas le capteur ne va pas fournir
assez de puissance pour que le LED srsquoeacuteclaire drsquoautres capteurs pourront peut-ecirctre
fournir suffisamment de courant pour une seule ampoule mais pas pour un plus grand
nombre drsquoampoules
En bref il est plus simple de continuellement mettre un transistor et de reacutealiser
un montage de la sorte plutocirct que de tester pour chaque montage si oui ou non le
capteur est suffisant pour allumer le LED
Notons eacutegalement que si on inverse le transistor et que lrsquointerrupteur est ouvert
la lumiegravere ne sera pas neacutecessairement allumeacutee car lrsquoampoule est une LED qui ne laisse
passer le courant que dans un sens
Srsquoil fallait reacutesumer lrsquoutilisation du transistor on peut dire que ceux-ci servent agrave
rendre un circuit laquo intelligent raquo Lors drsquoun eacutevegravenement (par exemple la coupure drsquoun
faisceau laser) le montage va reacuteagir en conseacutequence (activation du buzzer)
35 laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne] httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-saturation (page consulteacutee le 20012017)
Figure 16 Circuit avec capteur et transistor
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
29
4 Comment lire un scheacutema eacutelectronique
Maintenant que la deacutecouverte des diffeacuterents composants est reacutealiseacutee il est
important de savoir lire un scheacutema de circuit eacutelectronique En effet cela fait partie des
compeacutetences que doivent deacutevelopper les eacutelegraveves (C4 C6 A1) Cette partie reacutepertorie les
diffeacuterents symboles les plus courants sur des circuits eacutelectriques et permet drsquoapporter
plus drsquoexplications sur la lecture drsquoun scheacutema eacutelectrique
Il existe une notation particuliegravere pour chaque composant que nous avons vu ci-
dessus Bien eacutevidemment la plaquette drsquoexpeacuterimentation nrsquoest pas repreacutesenteacutee sur les
scheacutemas puisqursquoil srsquoagit uniquement du support
Voici donc agrave la page suivante une liste des diffeacuterents symboles repreacutesentants les
principaux composants de circuits eacutelectroniques (fig17)36 et surtout ceux que nous
allons utiliser Degraves lors comment lire un scheacutema
Geacuteneacuteralement les lignes noires repreacutesentent les fils et il suffit de repeacuterer sur le
scheacutema les symboles correspondant aux composants et agrave les rajouter sur la plaquette
Lorsque les lignes noires se divisent il srsquoagit alors drsquoun deacutebut de circuit en parallegravele Sur
la plaquette une telle intersection est repreacutesenteacutee par toute une ligne de 5 trous Il est
possible de repartir de cette ligne avec drsquoautres fils ou directement avec des
composants
Les scheacutemas preacutesenteacutes ci-apregraves sont ceux correspondant aux deux scheacutemas des
circuits de ce TFE agrave savoir une alarme de deacutetecteur de preacutesence (avec capteur de
luminositeacute) et une alarme agrave incendie (avec un capteur de tempeacuterature)
36 Image de base importeacutees des ressources suivantes et modifieacutees par Cleacutement Wagner laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne] httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le 12052017) et laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
30
Interrupteur
ouvert
Terre (ou
masse)
Geacuteneacuterateur de
tension
continue
Figure 17 Diffeacuterents symboles repreacutesentants les principaux composants de circuits eacutelectroniques
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
31
5 Le fonctionnement des deux circuits
Maintenant que les composants du circuit sont connus et que lrsquoapprentissage agrave
la lecture de circuit eacutelectrique est termineacute nous pouvons tacirccher de comprendre le
fonctionnement des deux circuits proposeacutes dans ce TFE agrave savoir lrsquoalarme agrave deacutetecteur
de preacutesence et lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Dans cette section figurent les
scheacutemas des circuits avec des valeurs de composants recommandeacutees37 et les
explications du fonctionnement des parties des circuits reprenant les capteurs
eacuteleacutements indispensables des circuits Nous pouvons eacutegalement retrouver dans cette
partie les concepts cleacutes que les eacutelegraveves doivent connaitre pour pouvoir transfeacuterer la
matiegravere vue lors du premier circuit agrave un second avec un capteur diffeacuterent
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence Le scheacutema de ce montage est repreacutesenteacute par la figure 16 38 39 Une photo du
montage sur plaquette est preacutesente agrave la page suivante (fig17)
37 Recommandeacutees mais pas obligatoires 38 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien La liberteacute de laquo jouer raquo avec la valeur de celles-ci est laisseacutee agrave lrsquoutilisateur 39 Le scheacutema est inspireacute par celui de TKim laquo how to mage a laser alarm security circuit on
breadboard raquo httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s
modifieacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Figure 18 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de preacutesence
676KΩ
100Ω
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
32
Ce montage est baseacute sur la photoreacutesistance qui lorsqursquoelle est eacuteclaireacutee est
similaire agrave une reacutesistance de tregraves basse valeur et qui lorsqursquoelle est dans la peacutenombre
elle se comporte comme une reacutesistance agrave tregraves forte valeur Degraves lors si lrsquoon suit le scheacutema
en se rappelant le fonctionnement du transistor le principe sera le suivant lorsqursquoun
laser est pointeacute vers la photoreacutesistance celle-ci est faible Pour rappel le courant
laquo preacutefegravere raquo circuler dans les parties du circuit qui oppose le moins de reacutesistance agrave son
passage Donc lorsque la photoreacutesistance a une valeur faible le courant preacutefeacuterera
passer par celle-ci en allant directement agrave la terre Tregraves peu de courant passera donc par
la base du transistor et cette valeur ne suffira pas pour le faire basculer de lrsquoeacutetat bloqueacute
agrave satureacute Mais lorsqursquoune personne passe devant le laser la photoreacutesistance se trouve
alors plongeacutee dans lrsquoobscuriteacute Elle a donc une valeur tregraves eacuteleveacutee Lrsquointensiteacute du courant
sera alors plus grande dans cette branche du circuit car crsquoest le chemin qui lui oppose le
moins de reacutesistance pour aller agrave la terre Par conseacutequent il y aura assez de courant
envoyeacute agrave la base du transistor il passera de lrsquoeacutetat bloqueacute agrave lrsquoeacutetat satureacute Le courant qui
vient du collecteur peut alors aller agrave la terre ce qui permet drsquoalimenter le buzzer et la
LED Ils eacutemettront alors un son et une lumiegravere le principe de lrsquoalarme pour deacutetecter le
passage de quelque chose
Dans les circuits le rocircle des reacutesistances est de creacuteer une tension suffisante dans
le circuit afin de permettre au buzzer de srsquoactiver
Figure 19 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner 676 KΩ
100 Ω Photoreacutesistance
Alimentation
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
33
Lrsquoalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature Pour rappel ce circuit est preacutesent principalement si lrsquoutilisateur deacutesire
deacutevelopper le processus laquo transfeacuterer raquo chez les eacutelegraveves Le principe serait en effet de
transposer leur connaissance drsquoun circuit agrave la creacuteation drsquoun autre qui utilise cette fois
une thermistance agrave la place drsquoune photoreacutesistance
Dans ce circuit le buzzer nrsquoest pas preacutesent il est en effet compliqueacute drsquoobtenir la
tension suffisante dans le buzzer avec cette disposition de reacutesistance et cette tension
initiale pour lui permettre drsquoeacutemettre un son Cependant cela ne gecircne en rien le but du
circuit qui est de transfeacuterer le concept de la thermistance agrave un montage de circuit que
lrsquoon connait deacutejagrave En plus les eacutelegraveves interrogeacutes sont moins demandeurs de ce circuit
crsquoest donc une perte mineure que de ne pas savoir faire buzzer ce circuit
Ce montage est donc baseacute sur lrsquoutilisation drsquoune thermistance le principe de
celle-ci est laquo inverse raquo agrave celle drsquoune photoreacutesistance En effet lrsquoeffet laquo deacuteclencheur raquo
rechercheacute du premier circuit est lrsquooccultation du capteur afin drsquoaugmenter la reacutesistance
de celui-ci alors que cet effet pour le second circuit est de chauffer lrsquoair autour du circuit
afin de diminuer la reacutesistance de la thermistance Il faudra donc monter le circuit de
maniegravere diffeacuterente On peut le voir sur la figure 194041 De plus se trouve eacutegalement une
photographie du montage sur plaquette (fig18)
40 Les valeurs des reacutesistances ne sont pas les seules permettant un fonctionnement du dispositif il srsquoagit seulement de valeurs qui fonctionnent bien Il est preacutefeacuterable pour lrsquoutilisateur de tester les reacutesistances chez lui au paravent la tempeacuterature du lieu pouvant changer 41 Scheacutema reacutealiseacute et dessineacute par Cleacutement Wagner
Thermistance 330 Ω 100 Ω
360 Ω 676 KΩ
Figure 20 Photo du montage sur plaquette de Cleacutement Wagner
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
34
La thermistance aura donc une reacutesistance faible lorsque la tempeacuterature
augmentera Degraves lors on voudra que suffisamment de courant passe par la base du
transistor lorsque la tempeacuterature augmente (pour deacuteclencher lrsquoalarme) On place alors
la thermistance sur la partie du circuit qui megravene agrave la base Cependant cela ne suffit pas
En effet si on enlegraveve le capteur pour le placer agrave un autre endroit sur le circuit il nrsquoy a
plus de reacutesistance qui empecircche le courant de partie directement agrave la masse Il faut donc
rajouter une reacutesistance sur le chemin direct vers la masse (Emplacement sur le scheacutema)
Notons que la valeur de cette reacutesistance ne doit pas ecirctre ni trop petite (sinon le
courant preacutefeacuterera quand mecircme aller directement agrave la masse) ni trop grande (sinon
mecircme lorsque la tempeacuterature sera faible le courant preacutefeacuterera passer par la
thermistance et donc la base du transistor) ce qui deacuteclencherait lrsquoalarme en
permanence
Les concepts cleacutes agrave retenir pour la reacutealisation de ce circuit sont les suivants
La thermistance a un laquo effet deacuteclencheur raquo inverse agrave la photoreacutesistance il faut
donc changer sa place dans le circuit
Le courant laquo preacutefegravere raquo passer par les chemins qui lui opposent le moins de
reacutesistance
Il faut laquo doser raquo la reacutesistance que lrsquoon rajoute afin drsquoeacuteviter soit lrsquoenclenchement
automatique de lrsquoalarme soit le passage systeacutematique du courant vers la masse
100Ω
360Ω
330Ω
676KΩ
Figure 21 Scheacutema de lalarme agrave deacutetecteur de tempeacuterature
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
35
6 Quel budget pour ce projet
Pour reacutealiser ce projet il faudra du mateacuteriel particulier Celui-ci srsquoachegravete
facilement en ligne (jrsquoai personnellement utiliseacute laquo Amazon raquo) En effet assez peu de
magasins speacutecialiseacutes vendent ce genre de mateacuteriel Les calculs ont eacuteteacute reacutealiseacutes dans le cadre drsquoune classe drsquoune trentaine drsquoeacutelegraveves dans
laquelle ils formeraient des groupes de deux Les prix sont dateacutes du 30 avril 201742 Je conseille pour le professeur drsquoacheter eacutegalement un pack pour bien deacutebuter dans
lrsquoeacutelectronique avec non seulement tous les composants requis pour la creacuteation des
plaquettes mais eacutegalement des composants suppleacutementaires pour tester plus
facilement agrave partir de sa petite boite sans devoir manipuler agrave partir du mateacuteriel en grosse
quantiteacute Voici les reacutefeacuterences du pack que jrsquoai acheteacute
Elegoo Kit Eacutelectronique Mis agrave Jour avec Module drsquoAlimentation Cacircbles Jumpers Potentiomegravetre de preacutecision PLaque de test 830 points pour Arduino UNO R3
MEGA 2560 NANO Raspberry Pi et STM32 de Elegoo43
Prix 2099 euro
De plus la firme laquo Elegoo raquo fournit eacutegalement sur son site internet les fiches
techniques des diffeacuterents composants Encore une fois tout le mateacuteriel neacutecessaire est
preacutesent dans cette boite et il est possible de faire plus drsquoexpeacuteriences Pour la suite nous
avons les composants qui serviront pour les montages des projets dans le cadre de ce
TFE
42 Les prix ne tiennent pas en compte drsquoeacuteventuelles reacuteductions frais de ports suppleacutementaires ou prix drsquoachat groupeacute 43 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
36
Plaquette drsquoalimentation
Si les eacutelegraveves forment des groupes de deux il faudra 15 plaquettes Bien qursquoil en
existe de 830 trous des plus petites de 400 trous existent eacutegalement et devraient
suffire pour les montages des eacutelegraveves
Breadboard 830 Points Plaque Platine
dEssai PCB Sans Soudure Solderless de
SODIALreg44
Prix agrave lrsquouniteacute 284
euro
Prix pour le lot
426 euro
Breadboard Carte dExperimentation 400
Points sans Soudure Solderless de
SODIAL reg
Prix agrave lrsquouniteacute 175
euro
Prix pour le lot
2625euro
Alimentation
Pour lrsquoalimentation il est possible de prendre des geacuteneacuterateurs de courant pour
breadboard et le transformateur adeacutequat ou alors des piles et les connecteurs
adeacutequats eacutegalement
5X Nouveau 33V 5V sans soudure
MB102 Platine dexpeacuterimentation
Adaptateur Module dalimentation Pour
Platine dexpeacuterimentation Arduino TE107
de XCSOURCEreg45
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
2697euro
Adaptateur Transformateurs
Alimentation Pour lUE Bande LED
Branchez 5050 3528 RVB 12V 2A Max
36 Watt Max ALED LIGHTreg46
Prix agrave lrsquouniteacute 899
euro
Prix pour le lot
13485 euro
Noir 4 x 15V AA Batterie
SupportboicirctierBoite de rangement
Case w Fils de Connexion Neuftechreg47
Prix agrave lrsquouniteacute 399
euro
Prix pour le lot
5985euro
4006 Boite de 40 piles Varta Industrial AA
de Varta48
Prix agrave lrsquouniteacute 129
euro
Prix pour le lot
258euro
Lrsquoalimentation la moins chegravere est la mise en seacuterie de piles gracircce au support agrave piles
pour 8545euro Cependant ce systegraveme utilise des piles non rechargeables qursquoil faudra donc
remplacer De plus les piles de moindre qualiteacute srsquoeacutepuisent eacutegalement et il srsquoagit alors
44 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 45 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 46 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation et lrsquoeacuteclairage 47 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoalimentation 48 Firme speacutecialiseacutee dans les batteries
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
37
drsquoun entretien demandant plus de temps qursquoun autre fonctionnement Lrsquoalimentation
que je choisirai est celle utilisant le module drsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation et le transformateur adeacutequat Crsquoest en effet celui-ci que jrsquoai utiliseacute
afin de pouvoir facilement allumereacuteteindre le dispositif sans devoir
brancherdeacutebrancher des piles agrave chaque moment De plus les eacutelegraveves peuvent travailler
leur plaque sans qursquoelle soit relieacutee agrave lrsquoalimentation en permanence ils peuvent
simplement venir le tester leur circuit agrave quatre ou cinq adaptateurs dans la piegravece
Pour les composants preacutesents dans les diffeacuterents circuits voici une liste des prix que lrsquoon
peut trouver sur laquo Amazon raquo Il srsquoagit drsquoachats en gros qui sont geacuteneacuteralement plus
rentables que lrsquoachat agrave la piegravece De plus certains de ces composants sont facilement
laquo cassables raquo il est donc preacutefeacuterable drsquoen avoir en reacuteserve si des eacutelegraveves cassent ou
perdent les leurs
Nom trouveacute sur le site Amazon
Composant sur la
plaquette
Prix du lot49
Prix agrave lrsquouniteacute
Hrph 20pcs Active Buzzer Alarme 3v
Sounder Speaker Buzzer pour Arduino
de DIY eacutelectronique50
Buzzer (eacutemetteur du son
sur la plaquette)
Lot 36 euro
Uniteacute 018 euro
Lot de 30 Photoreacutesistance LDR photo
Reacutesistances deacutependantes de la lumiegravere
Reacutesistance 5 mm
de Sourcingmap51
Photoreacutesistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
preacutesence)
Lot 41 euro
Uniteacute 014 euro
100 Pcs 10K Ohm 3 mesure de la
temperature NTC thermistances MF52-
103
de SODIALreg
Thermistance (capteur
utiliseacute pour le deacutetecteur de
chaleur)
Lot 267 euro
Uniteacute 003 euro
75 x diodes eacutelectroluminescentes (LED)
Vert Rouge Jaune
de SODIALreg
LED (eacutemetteur de lumiegravere
sur la plaquette)
Lot 125 euro
Uniteacute 002 euro
49 Le laquo prix du lot raquo signifie le prix agrave payer pour avoir suffisamment de mateacuteriel pour la classe 50 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 51 Socieacuteteacute de vente en ligne
38
1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
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Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
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58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
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IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
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1280pcs 64 valeurs 1 ohm - 10M ohm
14W Reacutesistances agrave couche meacutetallique
Kit Assortiment Set Changement
de KKmoon52
Reacutesistances agrave valeurs
diverses
Il en faut 2 par plaquette
Lot 1449 euro
Uniteacute 001 euro
Adafruit NPN bipolaire transistors
(pn2222) ndash 10 Pack
De Adafruit53
Transistor PNP Lot 528euro
Uniteacute 053 euro
40pcs 20cm Cacircbles pour BreadBoard male male - Arduino masculin jumper
Fil Wire de Hits_FR54
Fils de connexion Lot 136 euro
Uniteacute 004 euro
Apregraves plusieurs seacutequences sur ce cours reacutealiseacutees seulement quelques valeurs de
reacutesistances seront utiliseacutees il est conseilleacute degraves lors de ne racheter que des reacutesistances
manquantes De plus vous pouvez eacutegalement choisir des fils diffeacuterents En effet comme
vu dans un section preacuteceacutedente il existe des fils souples et rigides les fils souples seront
plus simples agrave manipuler par les eacutelegraveves mais les fils rigides donneront un aspect plus
laquo propre raquo au montage La longueur des fils peut eacutegalement varier agrave loisir (Le kit starter
que je conseils drsquoacheter possegravede toutes les variations de ces fils)
Maintenant que tout le mateacuteriel neacutecessaire pour la construction des circuits est
preacuteciseacute voici ci-dessous de quoi construire un laser que lrsquoon peut attacher au mur afin
de pointer la photoreacutesistance du circuit laquo alarme deacutetecteur de preacutesence raquo Ce sera alors
dans le noir la seule source de lumiegravere empecircchant lrsquoalarme de srsquoactiver qui lorsqursquoelle
est coupeacutee plongera la reacutesistance dans le noir et activera alors lrsquoalarme
650 nm 10 mW Laser Rouge Dot Diode Module avec TTL de
Lillyelectronics55
Prix 799 euro
52 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacutelectronique 53 Firme speacutecialiseacutee dans la vente de composants eacutelectronique en ligne 54 Socieacuteteacute de vente en ligne 55 Firme speacutecialiseacutee dans lrsquoeacuteclairage
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
39
Ce laser rouge est un exemple parmi drsquoautres qui peut ecirctre trouveacute sur de
nombreux sites Lrsquoavantage de celui-ci est qursquoil est possible de le connecter et de
lrsquoalimenter gracircce agrave nrsquoimporte quel moyen drsquoalimentation vu preacuteceacutedemment dans cette
section Libre agrave vous de choisir la couleur du laser et le moyen drsquoalimentation
Si nous abordons le cocircteacute financier pour une classe de trente eacutelegraveves diffeacuterents
budgets sont envisageables pour financer le projet Les deacutetails de chacun de ces budgets
sont disponibles en annexe Ci-dessous vous trouverez donc six budgets potentiels
Evidemment il existe drsquoautres possibiliteacutes La gamme de prix va de 26615 euro agrave 104 9 euro
Pour chaque budget le mateacuteriel est preacuteciseacute
1
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation et transformateur
Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la classe
26615 euro
2
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations et transformateurs pour la
classe Plaquette agrave 830 trous Un laser pour la
classe
158 27 euro
3
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations et transformateurs Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
12518 euro
4
laquo Gros budget raquo 15 groupes de 2 chacun
possegravede son alimentation agrave piles Plaquette agrave
830 trous Un laser pour la classe
18998 euro
5
laquo Moyen budget raquo 15 groupes de 2 seulement
5 alimentations agrave piles pour la classe Plaquette
agrave 830 trous Un laser pour la classe
13718 euro
6
laquo Petit budget raquo 10 groupes de 3 seulement 5
alimentations agrave piles pour la classe Plaquette agrave
400 tours Pas de laser fourni
1049 euro
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
59
60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
40
Toutes ces combinaisons restent viables Cependant sur base de mon
expeacuterience je conseille certains choix En effet les plaquettes agrave 830 trous permettent
une meilleure visibiliteacute et plus drsquoespace afin que les eacutelegraveves puissent reacutealiser leur circuit
comme ils le souhaitent Si vous optez pour les piles il est agrave mon sens preacutefeacuterable drsquoavoir
un systegraveme drsquoalimentation agrave piles par plaquette Degraves lors les prix seraient sensiblement
les mecircmes entre des plaquettes avec piles et des plaquettes avec transformateur mais
en nombre moindre ce qui apporte cet avantage de ne pas devoir remplacer les piles
Cependant bien que privileacutegiant le transformateur et le bloc drsquoalimentation sur la
plaquette je pense qursquoil est inutile drsquoen posseacuteder un par groupe Je choisirais donc le
budget ndeg2
Il faut rester un minimum critique En effet ces prix ne sont qursquoun calcul fictif
Mais on se rend compte que ce projet peut fonctionner avec assez peu de moyens
Commentaires sur les prix
- Les composants sont acheteacutes par lots le prix de ses lots peut encore grandement
varier et donc influencer le prix final
- Drsquoautres combinaisons sont possibles (plaquette agrave 400 trous avec des groupes
de deuxhellip)
- Encore une fois les calculs ne tiennent pas compte de lrsquoachat en gros de tout le
mateacuteriel
En tenant compte uniquement des composants qui seraient repris sur la
plaquette et de la plaquette un eacutelegraveve qui souhaiterait reprendre son montage chez lui
une fois le cours termineacute cela lui couterait 1458 euro pour une plaquette complegravete avec
lrsquoalimentation et le transformateur (soit un circuit fonctionnel sans toutefois avoir le
laser)
Mais ce qui est encore plus beacuteneacutefique pour les jeunes ayant pris goucirct agrave
lrsquoeacutelectronique avec ce projet et deacutesireux de reprendre leur circuit le prix est
avantageux si on ne prend en compte que la plaquette les composants (sans
lrsquoalimentation) le montant agrave payer est aux alentours de 38 euro auxquels on rajoute 18 euro
pour le support drsquoalimentation si lrsquoeacutelegraveve deacutesire le reprendre Dans le cas ougrave lrsquoeacutelegraveve
possegravederait deacutejagrave un transformateur connectable au support drsquoalimentation le prix
srsquoeacutelegraveverait agrave 56 euro
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
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60
61
62
V Fiche technique des reacutesistances
63
64
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VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
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70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
76
77
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
41
Il est possible de conclure cette partie en annonccedilant donc que le prix pour une
telle activiteacute en classe nrsquoest pas speacutecialement eacuteleveacute puisque ce mateacuteriel peut ecirctre utiliseacute
pour une bonne partie des manipulations en lien avec lrsquoeacutelectriciteacute (aussi bien dans le
cours de deuxiegraveme que pour les cours du second degreacute) De plus il est possible de
trouver des pistes pour que les deacutepenses soient moindres par exemple faire des
groupes drsquoeacutelegraveves plus grands opter pour un moyen drsquoalimentation moins cher
demander aux eacutelegraveves de prendre un adaptateur de chez eux travailler les montages
hors tension hellip Enfin cela deacutependra de la politique de lrsquoeacutecole mais il est eacutegalement
possible que les eacutelegraveves rachegravetent leur montage plaquette composants srsquoils deacutesirent les
reprendre chez eux et peut-ecirctre susciter un inteacuterecirct pour lrsquoeacutelectronique
42
Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
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consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
45
Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
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II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
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III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
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V Fiche technique des reacutesistances
63
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VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
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VII Fiche technique de la thermistance
71
72
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VIII Fiche technique du transistor
74
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IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
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X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
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Conclusion
Dans ce travail jrsquoai essayeacute de montrer qursquoil est possible de dispenser lrsquoUAA1 de
physique laquo Electriciteacute raquo de lrsquoenseignement geacuteneacuteral de transition avec le nouveau
processus de deacuteveloppement laquo transfeacuterer raquo ayant pour sujet lrsquoutilisation de capteur
dans des circuits eacutelectriques Pour ce faire jrsquoutilise un projet la construction drsquoun circuit
eacutelectronique drsquoalarme agrave deacutetecteur de preacutesence et agrave deacutetecteur de chaleur et ce de
maniegravere agrave ce que sa reacutealisation soit la plus simple possible agrave partir de connaissances
eacuteleacutementaires en eacutelectriciteacute
Les reacutesultats obtenus lors du sondage reacutealiseacute dans le cadre de ce TFE dont le but
eacutetait drsquoillustrer la motivation des eacutelegraveves face agrave un tel projet confirment que les eacutelegraveves
sont demandeurs de tels projets pour les accompagner dans leur apprentissage cela
est ducirc agrave la part de concret et de pratique qursquoapporte ce genre de projet De plus
lrsquoentiegravereteacute du fonctionnement des circuits est deacutecrite et il devrait ecirctre possible de les
reacutealiser facilement une fois tout le mateacuteriel reacutecupeacutereacute et appreacutehendeacute Des conseils pour
mettre en place ce projet sont eacutegalement preacutesenteacutes que ce soit pour
lrsquoaccompagnement du cours mais eacutegalement pour la budgeacutetisation du projet
Les inteacuterecircts drsquoun tel projet sont drsquoune part de mettre les eacutelegraveves sur un projet
sur la dureacutee de tout le cours sur lrsquoeacutelectriciteacute afin de les motiver et de donner du sens aux
activiteacutes drsquoautre part ce projet reacutepond aux nouvelles demandes des programmes agrave
savoir aborder lrsquoeacutelectriciteacute en troisiegraveme geacuteneacuteral et deacutevelopper le nouveau processus de
transfert sur les capteurs
Cependant bien que ce projet soit par choix conccedilu drsquoun point de vue qualitatif
il faudra aborder eacutegalement la matiegravere de maniegravere quantitative Degraves lors celui-ci ne
reacutepond pas agrave toutes les attentes du programme Il en va de mecircme pour la partie sur
lrsquoeacutenergie et la puissance Il faudra donc comme je le conseille dans la partie laquo pistes
didactiques raquo accompagner ce projet drsquoun cours qui reprend cette partie quantitative
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
httpwwwelektroniquefrcoursresistanceresistancephp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM34RM34e01html (page consulteacutee le 29052017)
TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
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httpslearnsparkfuncomtutorialstransistors (page consulteacutee le 14052017)
laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
dans Youtube [en ligne] httpswwwyoutubecomwatchlist=Plu-
QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
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Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
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Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
56
57
58
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V Fiche technique des reacutesistances
63
64
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VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
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70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
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IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
85
86
43
Pour des futures recherches des ameacuteliorations pourraient ecirctre apporteacutees par
exemple on peut adapter ces circuits agrave la matiegravere de cinquiegraveme sur les condensateurs
en les rajoutant dans les circuits afin drsquoobtenir une alarme qui sonne plus longtemps
lorsque le capteur est enclencheacute Un troisiegraveme capteur que jrsquoestime simple agrave manipuler
une photodiode pourrait ecirctre rajouteacutee dans un circuit pour deacutevelopper le processus de
transfert chez les eacutelegraveves Enfin il est inteacuteressant de recueillir les avis drsquoenseignants sur
les difficulteacutes de monter faire vivre et construire un tel projet en classe
44
Sitographie
laquo Breadboard et simulateurs de circuits eacutelectroniques raquo dans Supercondensateur ce nrsquoest pas
une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
httpwwwsupercondensateurcombreadboard-et-simulateurs-de-circuits-electroniques
(page consulteacutee le 19012017)
laquo Breadboard usage raquo dans PJRC Electronic Projetcs Components Available Worldwide [en
ligne] httpswwwpjrccomteensytutorial2html (page consulteacutee le 19012017)
laquo Buzer actif ou passif raquo dans ABC Electronique [en ligne]
httpswwwabcelectroniquecomforumshowthreadphpp=428401 (page consulteacutee le
19012017)
laquo Cours sur les reacutesistances raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en ligne]
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laquo Essais drsquoune photoreacutesistance raquo pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
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TKIM laquo How to mage a laser alarm security circuit on breadboard raquo dans Youtube [en ligne]
httpswwwyoutubecomwatchv=kiuVNtm59jEampfeature=youtubeampt=3m9s (page
consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
laquo LED ndash Diode Electro-Luminescente raquo dans Elektronique cours et montage eacutelectronique [en
ligne] httpwwwelektroniquefrcourscomposant-ledphp (page consulteacutee le 19012017)
laquo Le transistor en reacutegime de saturation raquo dans Openclassrooms [en ligne]
httpsopenclassroomscomcoursesl-electronique-de-zerole-transistor-en-regime-de-
saturation (page consulteacutee le 20012017)
laquo Piloter une LED avec une photoreacutesistance selon la luminositeacute raquo dans World of GZ [en ligne]
httpswwwworldofgzcomelectroniquearduinoallumer-une-led-en-fonction-de-la-
luminosite (page consulteacutee le 19012017)
laquo Schematic Circuit Symbols raquo dans The wiring diagram [en ligne]
httpchampionedinfoschematicschematic-circuit-symbolshtml (page consulteacutee le
12052017)
laquo Symboles normaliseacutes raquo dans Physique Chimie Collegefr [en ligne] httpphysique-chimie-
collegefrdefinitions-fiches-sciencesymboles-normalises (page consulteacutee le 12052017)
laquo Transistors raquo dans Sparkfun start something [en ligne]
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laquo TRONIK AVENTUR 8 ndash Plaque essai protoboard ndash Breadboard electronique pour les nuls raquo
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QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
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Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
46
47
Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
48
I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
49
50
II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
drsquoexpeacuterimentation
51
52
III Fiche technique du buzzer passif
53
IV Fiche technique de la LED
54
55
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V Fiche technique des reacutesistances
63
64
65
VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
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70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
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IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
84
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Sitographie
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une batterie la charge est ultra rapide [en ligne]
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consulteacutee le 14032017)
laquo La photoreacutesistance raquo dans pagesperso-orange [en ligne] httpf5zvpagesperso-
orangefrRADIORMRM24RM24BRM24B10html (page consulteacutee le 19012017)
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QLFNiuxva1LY5CyBa7UJBZklh5bi_Gampv=gPXIPs53Wfs (page consulteacutee le 19012017)
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Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
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Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
VII Fiche technique de la thermistance 70
VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee 80
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires 81
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires 83
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I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
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II Fiche technique de lrsquoalimentation pour plaquette
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III Fiche technique du buzzer passif
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Bibliographie Enseignement catholique secondaire laquo Programme Sciences 1e degreacute 1A et 2e
commune humaniteacutes geacuteneacuterales et technologiques D20007363012 raquo
NEGRE N et PORTELLI B laquo Thermistance CTN raquo 2p
(httppinetrouvierefreefrdocuments1ELNTLthermistance_CTNpdf)
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Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
IV Fiche technique de la LED 53
V Fiche technique des reacutesistances 62
VI Fiche technique de la photoreacutesistance 65
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VIII Fiche technique du transistor 73
IX Deacutetails des diffeacuterents budgets 78
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee 79
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I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
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Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
III Fiche technique du buzzer actif 52
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I Fiche technique de la plaque drsquoexpeacuterimentation
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Annexes I Fiche technique de la plaque dexpeacuterimentation 48
II Fiche technique de lalimentation pour la plaque dexpeacuterimentation 50
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VI Fiche technique de la photoreacutesistance
66
67
68
69
70
VII Fiche technique de la thermistance
71
72
73
VIII Fiche technique du transistor
74
75
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IX Deacutetails des diffeacuterents budgets
78
79
X Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de deuxiegraveme anneacutee
80
XI Questionnaire preacutesenteacute aux eacutelegraveves de troisiegraveme anneacutee
81
XII Reacutesultats des reacuteponses aux questionnaires
82
83
XIII Exemples de reacuteponses aux questionnaires
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