Evolution de la température dans l'atmosphère...enu principal
Marie, Nicolas, Lucile & Morgan (de gauche à droite)
Les élèves de seconde C étant en option MPI (mesures physiques et informatique), avec l’aide des premières S, ont participé au projet ballon sonde.
Ce projet consiste au lâcher d’un ballon sonde, c'est-à-dire un ballon partant dans la stratosphère, à 30km d’altitude, et constitué de plusieurs capteurs afin d’étudier les différents caractères de la stratosphère et également de la troposphère qu'il traversera.
Deux parties composent notre ballon sonde :
- Le ballon : qui sert à faire voler le tout.
- La nacelle : constituée de capteurs : de pression, de l’humidité, de température, de luminosité ; d’une caméra et d’un appareil photo.
Nous nous sommes faits aidés et suivis par Amandine, qui travaille pour Planète Sciences.
Pour le nom du ballon, un vote s’est effectué, tous les groupes ont proposés différents noms ; Spationnant, Crow Space, Spacecraft, Spaciostar, Stratostar, L'oiseau d'hélium, B.S.R.F, Strathélium. Après vote de tous les élèves et de nos deux professeurs, notre proposition fut choisie.
Le ballon fut nommé Spationnant.
Nous avons commencé par une étude complète de l’atmosphère, de ses différentes couches, de sa composition :
Ce sera le premier lancer dans la Nièvre et nous sommes heureux d’y participer. Le temps de vol sera de trois heures environ et le ballon atteindra une altitude proche de trente kilomètres.
Nous avons constaté que notre ballon subirait des températures entre -54°C et + 12°C. Nous avons donc cherché et choisi notre capteur en fonction de ce seul obstacle, mais les professeurs nous ont vite remis les pieds sur Terre, et nous avons du réfléchir à d’autres contraintes qui sont : la masses de la nacelle (2,5kg), l’isolation, la taille, la taille des fils.
Nous avons donc fini par choisir, avec l’aide de nos professeurs le capteur LM 35 CZ :
Ce capteur de température résiste à des températures comprises entre -55°C et +150°C. Il est compatible avec l’alimentation de la carte Kiwi. Il sera simplement relié à la carte Kiwi par des fils. Il est composé de trois branches :
1 = entrée
2 = sortie
3 = masse
Remarque importante : nous avons eu un gros soucis : nous avions inversé la masse et la sortie (bornes 2 et 3) et nous n'avons constaté cette erreur que lors du test final (au moment des dernières séances) et nous avons alors d^refaire un étalonnage convenable de notre capteur.
Nos capteurs et les frais de livraison se sont élevés à 31 € 10. Nous avons trouvé les notices de notre capteur sur internet.
La carte KIWI est un système de télémesure qui permet de transmettre des mesures par radio à un autre endroit où elles pourront être exploitées. Notre carte KIWI sera alimentée par une tension de 9V, par deux piles de 4,5V.
Nous avons installé deux capteurs :
- Un à l’intérieur pour mesurer la température interne
- Un à l’extérieur pour mesurer la température externe.
Le capteur extérieur est tout de même le plus important, même si on pourra constater la différence de température.
Nous avons soudé des fils a nos capteurs afin de pouvoir les relier à la carte KIWI. La soudure fut facile, mais lors de cette manipulation nous avons cassé un capteur. Heureusement que les professeurs avaient prévu le coup, et nous avons pu le changer.
Enfin, nous avons testé nos capteurs. Nous avons réalisé ces deux tests :
Pour tester notre capteur avec des températures positives, nous avons utilisé un bécher rempli d’eau chauffée par un réchaud, et nous avons mis notre capteur à l’intérieur (en le protégeant).
Puis en tout dernier grâce aux différents résultats trouvés nous avons pu enfin construire notre courbe d’étalonnage avec le logiciel synchronie.
La nacelle a été fabriquée pendant les heures d’atelier scientifique. Elle mesure 50cm sur 50cm et elle pèse 2,2kg (avec tout ce qu’il doit y avoir dedans). Elle est fabriquée en polystyrène extrudé, par des plaques épaisses de 3cm. Une fois construite, elle fut recouverte d’une couverture de survie afin qu’elle résiste aux contraintes du climat tel que l’humidité, la température…
Lorsque le ballon explosera à trente kilomètre d’altitude, le parachute s’ouvrira afin de la faire atterrir en douceur.
Le jour du décollage :
Le 20 mai 2010, notre ballon a pris son envol. Durant la matinée, nous nous sommes tous réunis dans la salle de MPI afin de régler les derniers problèmes, d’installer l’antenne avec Amandine et Odile (Odile est venue pour installer la base de lancement et surtout, vérifier que le cahier des charges était respecté).
Nous avons du calculer le taux d’hélium à mettre dans le ballon. Nous avons trouvé, par un calcul qu’il fallait en mettre 280bars.
De plus, durant toute la journée, des reporters de la radio de notre lycée (Bac FM) ont suivi le lancer et ont interviewé tour à tour les équipes.
Nous avons terminé l’installation de la nacelle : nous avons relié les capteurs à la carte KIWI, régler les quelques problèmes et avons descendu la nacelle et tout le matériel dont on avait besoin.
Chacun était chargé d'une ou de plusieurs tâches à faire :
Après un gonflage compliqué dû à la chaleur, et après un magnifique décompte, tous les gens présents, élèves, professeurs, parents… ont vu s’envoler notre Spationnant.
Lors du lancement, le groupe traitant la pression eu un problème, un faux contact a empêché le capteur de fonctionner. Nous n’avons donc pas de résultats exploitables concernant la pression.
C’est lors du lancement que nous avons constaté que notre capteur n’allait pas fonctionner, notre courbe d’étalonnage n’était pas bonne : nous avons mis des tensions négatives alors que la carte KIWI n’accepte que des tensions en positives.
Le ballon a explosé à 15h45, à 30216 mètres d’altitude. Il a été récupéré dans un pré près d’Eaux-les-Bains, à 31 km de Montluçon (là où il était initialement attendu) :
Résultats :
On obtient des résultats jusqu'à 14h30, ensuite il n'y plus rien (on aurait du avoir des tensions négatives, mais la carte Kiwi ne les transmet pas. On obtient de nouvelles tensions à partir de 15h46 pour le capteur externe, c'est tension commence à 0,02V, augmente jusqu'à 0,10V et diminue de nouveau jusqu'à 0,02V à 15h43.
On a donc une température qui varie entre 0°C et 10°C. On fini entre 16h16 et 16h21 par une tension de 0,04V à 0,08V.
Toutes ses données ne nous semblent pas normales puisque nous aurions dû avoir des températures nettement inférieures à une telle altitude (environ - 56°C).
Remerciements
L'équipe s'occupant de la température remercie spécialement nos professeurs, Mme. Guerin et M. Mourot, qui nous ont permis de participer à ce projet et Amandine qui nous a suivi toute l'année dans des situations bonnes comme mauvaises.
Nous remercions les radioamateurs qui nous ont permis de savoir où était le ballon-sonde et de le récupérer.
Nous remercions aussi le Conseil Général qui a financé le projet, tout comme le lycée et le Foyer Socio-Educatif qui ont également participé financièrement à ce projet.