Lundi 12 août

Après le petit-déjeuner, les conditions de vie acceptées par tout les participants, ils ont pu découvrir une salle plus petite que la celle de la semaine précédente, mais entièrement dédiée à la thématique sur la robotique, et aménagée en ilôts.

Leurs attentes sur cet ensemble de techniques et d’intérêts sont multiples, les âges un peu inégaux (de 10 à 14 ans, soit les 4 classes de collège), cela a fait qu’il a été plaisant (et nécessaire) de rappeler ou d’apprendre les bases de l’électricité, le maniement des appareils de mesure, le rappel de la notion de tension et d’intensité, ainsi que d’unités du système international.

On a ainsi découpé un peu de zinc et de feuilles de cuivre, pour réaliser un nouvel assemblage de 8 piles, cette fois-ci, les feuillets insérés dans des oranges a permis d’atteindre presque 8 volts.

Ils ont ainsi pu mesurer l’addition des tensions, comment faire passer le courant dans le multimètre pour la mesure des intensités circulantes,

Mais il a aussi fallu rappeller comment tenir un fer à souder, nettoyer la ou les pannes, y apporter de l’étain, le faire fondre, chauffer les pièces à assembler, ajuster, parfois refaire, afin de réaliser une brasure efficace.

Le rappel du tableau de Mendeleiev, la visualisation de vieux circuits intégrés à la trinoculaire de laboratoire a permis de mieux comprendre la diversité des métaux employés, la petitesse des composants, mais aussi l’importance de connaître l’alphabet grec, indispensable pour qualifier les dimensions électriques ou physiques : micromètre µm, kilo-ohm kΩ, longueur d’onde des lumières λ lambda...

L’après-midi a été consacrée à la présentation du nouveau piège, nous visons notamment à :
 employer un diffuseur de CO2,
 à placer un leurre éclairé aux ultraviolets,
 placer un Arduino alimenté par batterie, capable d’économiser l’énergie mais aussi capable d’enregistrer les heures les plus propices au piégeage.

Pause goûter à 16 heures bien méritée, avant de se lancer dans un jeu mêlant cache-cache et connaissance des prénoms du groupe.
Les douches, le dîner et une veillée par équipes.

Une première journée atypique, avec beaucoup de nouveaux matériels, outils, notions, terminologies !

Mardi 20 août

La matinée a commencé avec un essai d’alimentation d’un montage électronique, à partir des « piles à oranges ».

Pour voir si suffisamment de courant produit par la corrosion du zinc était en mesure d’alimenter ce boîtier de calcul, équipé d’un écran à cristaux liquide rétroéclairé.

Si la tension produite était suffisante (7,4 Volts mesuré pour 5,0 V requis), il n’y avait pas assez d’intensité pour que le système s’allume avec cette pile. Les oranges roulent, les feuilles de cuivre se tordent, le système fonctionne, mais pas de manière optimale.

Un rappel des exigences utilisées par l’industrie a permis aux participants de comprendre le rôle des acides dans les batteries pour permettre aux électrons de mieux circuler, ainsi qu’à l’importance de la surface des plaques pour assurer des courants forts.

La platine d’essai d’un système robotique leur a permis de découvrir les moteurs pas à pas « hybrides », avec utilisation du frein électromagnétique, et surtout des encodeurs optiques qui permettent d’être toujours certain que la position des moteurs ne peut pas être faussée, suite à une collision, un imprévu.

L’occasion aussi de montrer qu’une imprimante 3D est un robot fonctionnant en « boucle ouverte » et que le moindre décalage ou choc de la tête d’impression faussera la trajectoire de toute l’impression : une imprimante 3D travaille « à l’aveugle » et s’initialise une fois, avant de commencer son impression.

Pour des systèmes plus critiques comme des robots ou des drones, il faut ajouter des exigences pour ne pas « perdre les pédales ».

L’après-midi a été consacrée à l’introduction aux modes de fonctionnement des systèmes Arduino. Nous avons abordé la notion de modules (appelés Shields), aux notions de raccordements, de connectiques, de détrompeurs, d’interfaces de communications.

Ces petits plaquettes de prototypage se branchent sur un ordinateur pour recevoir un code, via un port USB et un câble adapté à chaque carte.
Et fonctionnent avec des très basses tensions de sécurité : 5 à 12 Volts le plus souvent.

Réaliser une pile électrique a permis de leur permettre de voir les tensions s’additionner, à mesure de relier des couples anodiques et cathodiques en série,

D’aborder la notion de couple redox et la circulation des électrons, la notion de corrosion, et la notion de signaux électriques.

Signaux qui par parcimonie technologique circulent aujourd’hui avec des intensités très faibles (autrefois des milliampères, mais dorénavant surtout de l’ordre de microampères, voire de nanoampères, pour des circuits récents).

Réaliser cette pile et la lecture de cartes et de modules a permis d’expliquer la différence fondamentale entre l’informatique / l’électronique digitale moderne et l’électronique analogique plus ancienne, où les niveaux de tensions vont de zéro à 5 Volts, (ou Zéro à 3,3 Volts pour certains circuits qui ne supportent pas plus !), contrairement aux anciens circuits analogiques, utilisant des tensions parfois nettement plus élevées, pleines de courbes, de lois mathématiques pointues et aux points de fonctionnements subtils.

Nous avons abordé l’importance de la notion de l’échantillonnage, des fréquences d’horloge et de cadence, des limitations de ces cartes comparées à l’informatique et de l’importance fondamentale de la mesure physique pour assurer la compréhension fine du code machine envoyé, et la compréhension des signaux émis, de pouvoir repérer des erreurs et des incohérences.

Avec un rappel rapide du codage par octets, des bits de poids fort, des bits de poids faible, de la fonction PWM (Pulse Width Modulation), une astuce des circuits digitaux pour « imiter » un fonctionnement analogique, très utile pour agir sur une maquette radio-commandée par exemple.

L’interface de programmation « Arduino IDE » a été présentée, ainsi que le rôle des bibliothèques de fonctions, que l’on doit choisir avec soin car la mémoire des arduinos est limitée.

Nous sommes allés chercher quelques exemples de code via Internet.
Qui permettent en quelques fils branchés aux bons endroits de faire fonctionner ces cartes reprogrammables.

Une présentation du contenu des valises de composants a permis aux enfants de voir la diversité des capteurs, la variété des actionneurs, la taille des cartes Arduino, la terminologie liée à la connectique, aux unités anglo-saxonnes, aux normes et standards. Aux broches, aux fils de liaison...

A l’effort de lectures à faire, tant ce métier exige de savoir « beaucoup sur beaucoup ».
Ces lectures sont en anglais, technique. C’est rarement traduit en français.
De plus en plus de composants de grande diffusion sont décrits en langue chinoise.

Un ensemble de dessins a aussi été préparé en vue de faire des impressions 3D, ce qui a permis au groupe de voir comment une pièce « volumique » peut donner un fichier « STL » (abréviation de StereoLithography), qu’il faut ensuite envoyer sur un logiciel de « slicing » (c’est à dire découpe tranches horizonales par tranches horizonales de filament de plastique fondu, juxtaposé aux adjacents ou aux sous-jacents).

Une fois le fichier préparé par le logiciel de slicing, on peut programmer l’imprimante 3D. Reste à surveiller l’opération.

Des rappels sur les différents types de filaments ont été proposés, ici nous utiliserons du PLA chargé de fibres de lin, ainsi que du PETG, un plastique impustrescible et donc plus durable pour fabriquer des pièges qui seront dehors par tout temps.

Un démarrage d’un scanner 3D a été réalisé, avec la présentation de l’importance de placer l’objet à scanner sur une table tournante, dans laquelle on doit à distance piloter la rotation, tant le flux de données à traiter et à transmettre à l’ordinateur est intense, pour reconstruire l’objet scanné avec une bonne précision.

L’importance de placer des gommettes noires et blanches permettant le repérage, « l’ancrage » aux surfaces par l’électronique du scanner a été rappelée.

Les enfants ont aussi appris à se servir d’un laser de nivellement de chantier, monté sur trépied, pour tracer le trait de coupe d’un tube en PVC, qui servira à préparer deux pièges identiques, d’un design nouveau.

Les coupes ont été ajustées à la lime, le perçage pour loger les pièges et les parachèvements auront lieu Jeudi.

Mercredi 21 août

La matinée a commencé après le petit déjeuner et un bref passage dans les chambres, pour ranger les affaires de chacun, puis par un peu de fitness sur la pelouse (avec des pommes de pin éparses) ; puis à 10 heures, les participants ont choisi quelques activités à tour de rôle :

La manipulation de la station de soudure, où on règle la température du fer, on apprend à nettoyer la panne par lustrage à la mousse de cuivre.

Un rappel sur la nécessité d’opter sur des brasures sans plomb a été fait, de même que les conseils de prudence sur les projections de colophane, cette résine de pin sylvestre utilisée pour désoxyder l’étain et permettre à celui-ci d’adhérer sur le cuivre ou d’autres métaux de composants électroniques.

La présentation d’un composant important : une horloge de précision embarquable, pesant quelques grammes, capable de mesurer l’heure jusqu’à la seconde, ainsi que le jour, le mois, l’année entière, avec un écart de +/- 3 secondes pour un mois écoulé.

On souhaite se servir de ce circuit appelé Real Time Clock (RTC) pour renseigner une base de données sur la vie de ces insectes ; en renseignant un module mémoire Flash, piloté via un arduino.

Ce circuit fonctionnant via le protocole « I²C » de Philips, cela a été l’occasion d’expliquer très brièvement comment l’information circule entre un arduino et ce circuit d’horloge. Ce système très ingénieux existe depuis 1977, et encore aujourd’hui il se rencontre partout.

Une présentation de filaments d’impression 3D spéciaux a été faite, et notamment le PLA (pour Acide PolyLactique, un plastique biosourcé produit via l’amidon de maïs) chargé de sulfure de zinc micronisé, dopé au cuivre.

En éclairant ce filament avec une petite lampe torche émettant des UV-A, les participants ont pu voir le phénomène de « phosphorescence rémanente ».

Une couleur chatoyante, qui n’est pas sans rappeler le biomimétisme de certains animaux et plantes capables d’émettre cette douce lueur verdâtre.

Mais ici, pas de luciférine ni de luciférase, juste un joli effet de mécanique quantique où les UV absorbés excitent des atomes de zinc, qui diffusent des photons de plus basse énergie.

Une présentation de l’évolution du piège à phlébotomes a été faite, en expliquant l’importance du CO2 que tout animal ou personne expire.

Une présentation aux enfants via une vidéo de caméras infrarouges très spéciales, dotées de verres dit à chalcogénures, ces optiques spécifiques permettent de « voir » comment on peut visualiser du CO2 s’écoulant dans l’air : une personne qui respire, ou qui porte un masque chirurgical facial, ou toute fuite de ce gaz, plus lourd que l’air.

Ce gaz est « senti » par ces parasites, cela leur sert à trouver leurs hôtes.

Nous pensons utiliser de petites cartouches de dioxyde de carbone rechargeables en gaz, pilotées via un arduino et une robinetterie assez simple, permettant de libérer ce gaz dans le piège, pour le rendre encore plus attractif et efficace.

Une modélisation 3D a été faite avec les participants, à tour de rôle,

Une recherche de composants et de codes liés à des platines et modules a aussi été faite, avec une lecture de spécifications techniques en anglais, une lecture du « brochage » de chaque carte Arduino achetée par l’association, pour qu’ils puissent comprendre où on peut brancher quoi.

La soirée se termine avec une veillée en extérieur, il a fait très beau aujourd’hui ; l’équipe d’animateurs prépare les impressions 3D pour la nuit, il y en a beaucoup à produire.

Jeudi 22 août

Ce Jeudi matin commence dans une atmosphère un peu diluée, il faut donner du travail à l’imprimante 3D, tout en continuant à expliquer les composants qui se montent auour de cartes Arduino.

Pendant cette journée, plusieurs pièces sont dessinées et corrigées, pour estimer ensuite combien de temps l’impression prendra.

Il est expliqué aux participants l’importance de la mesure physique, comment on se sert de pieds à coulisse, de mètres-rubans, mais aussi plus prosaïquement comment Internet peut nous communiquer des fichiers de visualisation 3D de composants industriels.

On aborde avec des binômes divers sujets, dont le logiciel gratuit Tinkercad, qui fonctionne en ligne : on peut « stocker » sur un répertoire virtuel ses créations, il est facile d’appeler des cartes arduino qui sont dessinées très fidèlement.
Mais l’essentiel de « la quincaillerie industrielle » est absente de Tinkercad : vis, écrous, roulements, moteurs, composants spéciaux, etc.

Donc les pièces à imprimer en 3D sont tracées sur papier, on renseigne les dimensions quand elles sont simples, puis place toutes les dimensions sur Catia.

De cette agrégation de données, plusieurs pièces prennent forme : le piège ne devra pas traîner au sol, ni être renversé par le vent, il devra résister à la pluie, si possible être alimenté par panneaux solaires et par batteries, et surtout communiquer à distance.
On se propose de détourner l’usage d’une barre de remorquage pour voitures, ce kit démontable possède justement des tubes d’acier qui se montent sans outil ; avec une bonne conception il sera aisé de fixer le piège au sol et de lui assurer une bonne stabilité.

Ainsi donc, les participants on pu voir et contribuer au dessin d’un diffuseur de CO2, qui assurera en plus une lumière qu’on pense être attractive.

Nous aurons aussi besoin de réaliser des grilles en plastique à ouverture très fine, qui devront être soudées au laser, de manière automatique.
Pour protéger nos mains d’une courroie de transmission montée sur un moteur puissant, et parce que c’est une exigence légale, on fait la conception d’un coffret sur-mesure..

Ici on pense travailler un tube creux, fait de fils de plastique, montés spiralés entre eux, par maillage carré.

Comme beaucoup d’insectes sont capables de creuser le bois, on pense qu’il sera nécessaire de renforcer les mailles en fil plastique via des soudures faites au laser infrarouge.

Une explication du fonctionnement des lunettes de protection contre les faisceaux laser a aussi été faite, avec l’aspect le plus important qui est le choix réfléchi de la bonne monture, compte-tenu de la longueur d’onde et la puissance du faisceau, corrélé à sa finesse.

La carte de commande de lasers et certains servomoteurs utilisant la fonction PWM (Pulse Width Modulation), nous avons trouvé du code source pour de petits servomoteurs, utilisés en maquettisme.

On distribue diverses tâches par binômes, pour faire avancer la réalisation et préparer les restitutions, qui auront lieu le Samedi 23 Août, lors du passage de certains parents, avant le départ des participants prévu le Dimanche 24 Août.

La journée s’achève avec un grand jeu, et le passage des fichiers .STL au « slicer », ce logiciel calcule comment répartir la trajectoire de dépôt de chaque fil de plastique fondu et l’épaisseur de chaque couche de filament fondu par une imprimante 3D.

D’un fichier .STL produit par Dessin Assisté par Ordinateur, il existe des milliers d’approches différentes pour slicer, ce serait-ce qu’avec le choix du filament, mais aussi de la dimension souhaitée : un facteur d’échelle permet de produire dans des plages de dimensions potentiellement infinies.

Il a été rappelé que souvent il faut « supporter » une pièce en plastique, car le filament de plastique chaud ploie sous sa propre gravité le temps qu’il finisse par refroidir : comme pour certains ponts, il faut faire des « arches », le slicer propose diverses astuces, la sélection des paramètres demande du temps.

Les impressions sont lancées en temps masqué, pendant la nuit. Certaines réalisations demandent plusieurs jours entiers d’impression, pour une pièce « massive ».

Vendredi 22 août

Cette journée avec une thématique cinéma (ce fût une ambiance OSIWOOD) s’inscrit dans la continuité de celles de Mercredi et Jeudi, avec des réalisations pratiques : essais de câblages sur platines de prototypages, ponctuées de quelques réparations demandées par les participants à l’activité Drones,

Et le piège commence à prendre forme, les premières soudures entre PVC et PETG sont faites, les participants apprennent à retirer les supports d’impression avec un fer à brasure et un jeu de pinces.

On a fait un développé sur papier au format A3, qui remet à plat là où les perçages devront être faits ; chaque participant est invité à réaliser divers perçages, pendant que d’autres préparent avec des fers à souder divers filets en plastique PETG.

Des recherches de datasheets de composants et de code source ont lieu, des platines sont câblées et alimentées, soit via des transformateurs basse tension, soit via une alimentation programmable, soi via de petites batteries d’outils électro-portatifs.

Plusieurs jeux et scènes de tournage sont organisés en matinée, après-midi.
La journée s’achève avec une projection de film, et une nuit à la belle étoile pour les volontaires. Le ciel étant d’une grande clarté, un télescope Dobson de 254 mm de diamètre est installé, avec observations diverses, dont la galaxie d’Andromède (M31), un pointeur laser à forte collimation a aussi permis de rappeler les principales étoiles de constellations.

L’imprimante 3D est également de service pour des impressions en temps masqué.

Samedi 23 août

La journée de Samedi commence avec l’impériosité de préparer les comptes-rendus de chaque binôme, qui seront présenté au tableau blanc avec rétroprojecteur l’après-midi même.

Les PowerPoints s’affichent, la quête d’illustrations, de textes, de répartition des temps de parole et des thématiques introductives et conclusives importent.

Une première répétition se fait vers 11h, avec des mises au point et des impressions papier jusque 13h, pour compiler le fichier PowerPoint.

A 13h, les tables sont sorties en extérieur pour une présentation libre aux autres groupes de participants, à 14h ce sont les musiciens qui offraient un concert dans l’auditorium et à 15h tout le monde est dans la salle de présentations.

Plusieurs vidéos sont faites, en sortie une collation est proposée, avec une vidéo et des photos aériennes de l’ensemble des participants et des animateurs prises par un drone ont été faites.

Un grand jeu de cache-cache est organisé en soirée et jusqu’à la tombée de la nuit.

Il faut trouver 6 animateurs déguisés chacun dans une couleur, pour recevoir la marque au stylo de sa trouvaille.
Mais si les participants se font voir par l’animateur ayant la marque maudite, toutes les marques de couleurs sont annulées.

Certains animateurs se sont très, très bien cachés dans les alentours du site Musiflore.

Dimanche 24 août

La journée de Dimanche s’est faite par une série d’ultimes préparatifs et de départs, soit via les minibus jusqu’à la gare SNCF de Valence, soit via le voiturage assuré par les parents.

Beaucoup d’au-revoir, de souhaits de revenir, d’espoirs de revenir l’année prochaine sont formulés. Des parents ont remercié l’équipe et le directeur pour la qualité des activités réalisées.

A cette journée particulière, vient les préparatifs de rangements, les besoins de compilations, d’établissement de comptes-rendus, de nettoyage des lieux et de préparation des suite de chaque projet.

Ces deux semaines se sont vite passées, certains participants auraient aimé passer plus de temps en sciences & techniques. Pour la plupart, la différence avec l’équipement de leur collège et la tonalité des savoirs est notable.