Par groupe de 4 ou 5 personnes, les élèves vont devoir valider le fonctionnement d’un mécanisme ; pour cela, ils doivent concevoir et programmer tout ou une partie du mécanisme.

Ce travail s’organise sur une plage horaire de deux heures sur un semestre.

Les élèves doivent présenter ce travail devant un jury. Les professeurs qui auront suivi le projet noteront l’autonomie, l’investissement,… le jury évaluera la production finale ainsi que la prestation orale. Une note sur 20, dont les points au-dessus de 10 comptera pour le baccalauréat, coefficient 2.

Exemples de TPE, session 2012

Concevoir et fabriquer une voiture de modèle réduit se déplaçant à l’énergie solaire. Participation à la course organisée au solar event family au Bourget du lac les 16 et 17 juin 2012.

Travail réalisé par les élèves : Pour créer la voiture, les élèves ont conçu une direction à l’aide d’un servomoteur et de bielles, et une propulsion à l’aide d’un moteur brushless et d’un réducteur. Ils ont commandé les pièces nécessaires, en ont fait usiner d’autres, puis assemblé la voiture. Ils ont ensuite soudé les panneaux solaires et choisi une batterie. Un élève s’est lancé dans la programmation d’un arduino, afin de gérer la consommation électrique du moteur.

Concevoir un mécanisme se déplaçant automatiquement selon le tracé d’un contour fermé, et émettant de la lumière. Un appareil photo peut prendre un cliché avec un temps d’exposition long, de manière à photographier ce contour lumineux.

Travail réalisé par les élèves : Pour valider ce mécanisme, les élèves se sont intéressés à déterminer les coordonnées des points du contour et les mémoriser numériquement. Le déplacement des divers points du contour se faisant dans le plan donc sur deux axes, il était difficile de faire un mécanisme complet dans les délais impartis. Les élèves ont donc choisi de valider leur maquette en simulant le déplacement sur un seul axe. Les « informaticiens » ont programmé la commande d’un moteur pour réaliser le déplacement selon le contour à l’aide d’un arduino. Les « mécaniciens » ont réalisé le mécanisme permettant de générer le déplacement d’une diode. Ils ont utilisé le principe de déplacement du chariot d’un scanner pour transformer le mouvement de rotation du moteur en translation.

Concevoir et réaliser une machine permettent de séparer les papiers des cartons.

Travail réalisé par les élèves : Après avoir effectués la visite du centre de tri Véolia, nous avons constaté la difficulté de séparer les papiers des cartons. Nos élèves se sont penchés sur ce problème. En chauffant légèrement ces matériaux, et en analysant les images issues d’une caméra thermique, il est possible de les différencier. Tout d’abord, les élèves ont essayé de transformer une webcam en caméra infrarouge. Cette transformation n’ayant pas été concluante, ils ont récupéré des images déjà fournies et ont travaillé sur la reconnaissance des couleurs à l’aide du logiciel matlab. D’autres élèves se sont intéressés à la partie mécanique : créer un tapis roulant et un mécanisme permettant de diriger les papiers et les cartons vers deux dépôts différents. Pour cela, ils ont démonté un tapis roulant d’un mécanisme existant et ont travaillé sur le branchement d’un moteur asynchrone triphasé.

Concevoir et réaliser un robot se déplaçant automatiquement sur une aire d’un endroit à un autre. Cette problématique est issue de problèmes réels liés à des déplacements : sur Lyon, la création de voitures électriques sans chauffeur, ou la distribution des médicaments automatiquement dans les chambres de patients dans le nouveau hôpital de Bourg en Bresse. Les professeurs ont donc réalisé une aire ayant un point de départ et trois points d’arrivée possibles. Sur cette aire, il y a des murs et des lignes noires pouvant aider les élèves à faire déplacer leur robot.

Travail réalisé par les élèves : Les élèves ont d’abord travaillé sur les contraintes dimensionnelles du robot de manière à ce qu’il puisse se déplacer facilement. Ensuite, ils ont dessiné sur solidworks les différentes pièces pour les faire usiner. Pendant que certains travaillaient sur l’assemblage du robots, d’autres mettaient en place le programme sur un arduino.