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Physique | Technique
Hector Mir, 2001 | Assens , VD
Alexis Zuber, 2001 | Crissier, VD
Ce projet a été réalisé dans le cadre d’un travail de maturité par deux élèves de troisième année au gymnase du Bugnon en 2019. L’objectif de ce projet est de réaliser la réplique d’un accélérateur de particules en utilisant une bille ferromagnétique pour simuler les particules, et des bobines pour générer des champs magnétiques afin d’accélérer ces dernières. Mais certaines contraintes s’imposent à nous comme le fait qu’il faut que les champs magnétiques soient éteints une fois la bille passée et également des contraintes physiques, notamment avec les circuits inductifs. Tout cela requiert beaucoup de précision et ne peut être effectué manuellement; une partie de ce travail est donc dédié à l’automatisation de tout ce mécanisme d’attraction.
Problématique
La problématique de ce travail se divise en quatre objectifs principaux: (I) fabriquer des bobines produisant un champ magnétique adapté pour accélérer une bille avec un canon magnétique; (II) accélérer une bille en acier dans un accélérateur circulaire avec un lancement dans un accélérateur linéaire; (III) couper le courant d’une bobine au moment où une bille passe au milieu; (IV) contrôler et maîtriser la vitesse de la bille dans l’accélérateur.
Méthodologie
Afin d’atteindre les objectifs que nous nous sommes fixés, nous avons conservé la même méthode de travail tout au long du projet. Dans un premier temps nous faisions des recherches larges sur le sujet à appréhender, afin de nous familiariser avec ce dernier. Une fois que nous avions compris le concept global nous faisions des recherches plus profondes et spécifiques sur la partie du sujet qui nous intéressait. Ensuite nous faisions des schémas et imaginions la façon la plus simple de rendre nos idées réalisables. À ce moment-là, nous faisions appel à notre tuteur afin qu’il valide nos idées ou alors à des personnes spécialisées dans le domaine concerné si notre tuteur ne pouvait pas nous aider ou alors si les idées demandaient une analyse approfondie. C’est après toutes ces étapes que nous passions à la réalisation concrète de nos idées avec le matériel à disposition. Si le matériel n’était pas adapté ou alors tout simplement nous n’y avions pas accès alors nous trouvions un moyen de nous procurer du matériel plus adapté notamment via des commandes sur internet ou alors par le biais des experts que nous avions contactés. Une fois que nous obtenions quelque chose de fonctionnel, nous procédions de manière expérimentale afin de déterminer les valeurs optimales nécessaires à la réalisation de nos objectifs.Tout au long de notre travail, nous avons mis en oeuvre le principe d’abstraction qui consiste à diviser un problème en plusieurs sous-problèmes plus facilement soluble.
Résultats
Les résultats de ce projet ont été concluants, avec les deux premiers objectifs fixés qui ont été atteints et le troisième qui a été partiellement atteint. Le troisième objectif n’est que partiellement atteint, car nous voulions également utiliser une bobine avec notre accélérateur linéaire et ne pas seulement profiter de la gravité comme nous l’avons finalement fait. Seul le dernier objectif n’a pas été atteint, demandant des compétences techniques que nous n’avons pas eu le temps d’acquérir durant le laps de temps où nous avons travaillé sur ce projet.
Discussion
Bien que nous ayons atteint quelque chose de fonctionnel, nous sommes persuadés que notre projet a encore une grande marge de progression. Dans le cadre de ce concours, il y a eu la volonté de reconstruire le projet afin de l’optimiser, mais le nombre de contraintes étant trop élevées, nous ne sommes pas parvenus durant le temps imparti à recréer quelque chose de fonctionnel. Le principal changement dans cette reconstruction est le support, que nous avions identifié comme grosse faiblesse lors de la première réalisation de ce projet. Nous pensions également qu’utiliser des bobines aux propriétés supraconductrices nous aideraient, mais après discussion avec notre expert, il nous a été révélé que cela nous aurait imposé en réalité plus de contraintes que nous aurions difficilement pu contourner ou résoudre.
Conclusions
Ce projet dans l’ensemble est une réussite. Les principaux objectifs ont été atteints et il nous a permis d’acquérir des connaissances importantes pour notre futur. Que ce soit au niveau du travail de groupe ou au niveau technique, ce travail nous a permis d’exprimer notre plein potentiel et de nous confronter à un vrai travail d’ingénieur avec tous les bons et les mauvais côtés.
Appréciation de l’expert
Dr. Jorg Wenninger
Ce travail réplique avec un beau succès un accélérateur à l’état miniature. Une bille ferromagnétique joue le rôle du faisceau, elle est accélérée dans un tube à l’aide d’électro-aimants dont le champ est pulsé au passage de la bille. Un circuit électronique a été développé pour pulser rapidement les bobines et obtenir une accélération de la bille-faisceau. Tous les composants d’un accélérateur sont mis en évidence, avec des analogies physiques entre accélérateur réel et miniature. Ce travail pourrait constituer une base pour un projet de mini-accélérateur de démonstration pour grand public.
Mention:
très bien
Prix spécial Société Suisse de Physique – Prix des Jeunes de la SSP
Gymnase du Bugnon, Lausanne
Enseignant: Bernard Furrer