Créer une serre connectée Micro-contrôleurs en collège et lycée


 Liaison avec le programme et place dans la progression
 Problème à résoudre
 Notions, savoir-faire, compétences
 Outils numériques et ressources

 Déroulement de la séquence
 Retour des impressions des élèves
 Analyse et évaluation du dispositif

Professeur

  • Damien Vallot, Lycée Blaise Pascal, Orsay / Collège Jules Verne, Villebon-sur-Yvette

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Collège / Lycée (2de, SNT)
Partie du programme : Collège
La planète Terre. Les êtres vivants dans leur environnement
Le vivant, sa diversité et les fonctions qui le caractérisent

Seconde
Les enjeux contemporains de la planète : Agrosystèmes et développement durable

Sciences Numériques et Technologie
Notions transversales de programmation : Ecrire et développer des programmes pour répondre à des problèmes et modéliser des phénomènes physiques, économiques et sociaux
PLACE DANS LA PROGRESSION
Cette serre connectée a été mise en place pour le club science du collège Jules Verne de Villebon-sur-Yvette. Ce club comprenant 10 élèves de 6e.
Une transposition en classe de Seconde est tout à fait envisageable, en SVT mais aussi en lien avec le programme de SNT.

PROBLEME A RESOUDRE

Comment contrôler la croissance des plantes en serre ?
Comment recueillir des données de température – humidité du sol – luminosité, et gérer l’apport de luminosité suffisant pour le développement ?

NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPETENCES
Notions Extraits du Bulletin officiel spécial n° 11 du 26 novembre 2015 : programme du collège (cycle 3)
(...) Relier les besoins des plantes vertes et leur place particulière dans les réseaux trophiques. - Besoins des plantes vertes.
Les études portent sur des cultures et des élevages ainsi que des expérimentations et des recherches et observations sur le terrain.

Extraits du Bulletin officiel n°29 du 19 juillet 2018 : programme de Seconde
(...) on étudie les caractéristiques des agrosystèmes et identifie les conditions d’une production durable à long terme, notamment grâce à la préservation des sols agricoles et des ressources aquatiques.
Ce thème est aussi l’occasion de montrer l’importance de l’acquisition de connaissances et de la mise en œuvre des démarches scientifiques et technologiques pour optimiser la production agricole en minimisant les nuisances à l’environnement.

Structure et fonctionnement des agrosystèmes : Les agrosystèmes terrestres ou aquatiques sont gérés afin de produire la biomasse nécessaire à l’humanité pour ses différents besoins (alimentaires, textiles, agrocarburants, pharmaceutiques, etc.).

Extraits du Bulletin officiel n°29 du 19 juillet 2018 : programme de SNT (préambule)
(...) ces avancées se fondent toutes sur l’universalité et la flexibilité d’un petit nombre de concepts en interaction :

  • les données, qui représentent sous une forme numérique unifiée des informations très diverses : textes, images, sons, mesures physiques, sommes d’argent, etc. ;
  • les algorithmes, qui spécifient de façon abstraite et précise des traitements à effectuer sur les données à partir d’opérations élémentaires ;
  • les langages, qui permettent de traduire les algorithmes abstraits en programmes textuels ou graphiques de façon à ce qu’ils soient exécutables par les machines ;
  • les machines, et leurs systèmes d’exploitation, qui permettent d’exécuter des programmes en enchaînant un grand nombre d’instructions simples, assurant la persistance des données par leur stockage, et de gérer les communications. On y inclut les objets connectés et les réseaux.
    À ces concepts s’ajoute un élément transversal : les interfaces qui permettent la
    communication avec les humains, la collecte des données et la commande des systèmes.
    Thématiques potentiellement impliquées : Informatique embarquée et objets connectés, Les données structurées et leur traitement.
Savoir-faire Esprit d’équipe – initiative.
Compétences Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques
  proposer des expériences simples pour tester une hypothèse

Concevoir, créer, réaliser
  Réaliser en équipe tout ou une partie d’un objet technique répondant a un besoin.

S’approprier des outils et des méthodes
  Organiser seul ou en groupe un espace de réalisation expérimentale.
  Effectuer des recherches bibliographiques simples et ciblées.

Mobiliser des outils numériques
ACTIVITE
Durée  : Installation de la serre et des capteurs : 1h
Programmation de la carte pour la serre : 2h
Découverte de la carte, base de programmation : 10h
Coût  : De 65€ à plus de 102 € suivant les capteurs installés. Sécurité  : Vigilance avec le matériel utilisé (fer à souder, pince, cutter…).

Outils numériques et ressources
  • Interface de programmation par bloc sur Vittascience
  • Documents distribués aux élèves : fiche technique pour le branchement de la carte aux ordinateurs de la valise mobile du labo et téléchargement du fichier dessus : Fiche n°1
  • Certains éléments ont été imprimés en 3D : support LCD et Shield Grove.

Déroulement détaillé de la séquence

La construction de la serre connectée avec les élèves commence par la présentation de la carte de programmation et du bac de germination qui fera office de « serre ».
La carte est une carte micro:bit programmable par bloc ou Python. L’interface proposée par Vittascience permet de programmer par bloc et de traduire et visualiser simultanément le code Python créé. Celui-ci est aussi modifiable si besoin.

Partie I

Les questions suivantes sont posées aux élèves.
Peut-on contrôler ce qu’il se passe dans la serre ? Quelles données pouvons-nous recueillir ?
La réflexion se porte ensuite sur les capteurs nécessaires.

Partie II

Début de programmation de la carte micro:bit.

Chaque élève dispose d’un ordinateur et d’un ensemble composé d’une carte, d’un cable micro-usb et d’un boitier de pile.

Première activité : afficher un smiley sur les leds de la carte.

Fiche_1_smiley

Au fil des activités, la difficulté augmente jusqu’à la programmation de la bande led.

Partie III

Installation de la serre et des capteurs à brancher.

Partie IV

Programmation de la carte.
Réflexion et recherche de la lumière la plus optimale pour la croissance des plantes pour programmer la bande led.
Choix fixé : 2 leds bleues, 3 leds rouges.

ANALYSE DU DISPOSITIF
Plus-values dégagées Bonne implication des élèves. Apprentissage des bases de la programmation.
Future réalisation envisagée : le ballon solaire.
Difficultés rencontrées En termes de technicité manuelle des élèves, peu de difficultés rencontrées. Les capteurs sont enfichables et ils sont scratchés sur la serre.
Les difficultés sont présentes lors de la programmation de la carte.
Apprentissage des boucles, des conditions etc. C’est la partie qui prend le plus de temps pour la réalisation.
Pistes d’amélioration La serre connectée est évolutive. Cependant, le support de carte (shield) utilisé est limité à 5 ports. Il est donc nécessaire de passer à un autre modèle (carte CODO jusqu’à 13 ports) afin de rajouter des capteurs.
Une ventilation, une puce GSM pour la transmission de données ou un servomoteur pour l’ouverture des trappes de la serre ou une carte SD pour l’enregistrement en continu des valeurs peuvent être ajoutés.
Des pièces imprimées en 3D seront ajoutées pour réaliser le support des bandes leds et tenir les capteurs.
Pour aller plus loin

 Ressources / conseils : tutoriel pour apprendre la programmation de la carte micro:bit sur Vittascience. https://fr.vittascience.com/learn/
 40 activités avec la carte micro:bit de Dominique Nibart. https://www.editions-eyrolles.com/Livre/9782212677492/40-activites-avec-la-carte-micro-bit
 Les cartes d'activités ExoProg Grove de chez A4 Technologie.
https://www.a4.fr/wiki/index.php?title=Exoprog_Grove

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