La physique abordée

– Mécanique classique : chute des corps
– Electronique : utilisation de cartes Arduino pour mesurer et émettre des signaux lumineux avec des LEDs

L’histoire en deux mots

Les étudiants incarnent un groupe d’ingénieurs en appui à des opérations menées sur le terrain. Ils découvrent qu’ils doivent assister un agent secret qui a récupéré le smartphone du dirigeant nord coréen Kim Jong Un.

Préparatifs

Il faut un lieu où les étudiants peuvent travailler en groupe, et bricoler ensemble. Idéalement, un lieu qui ne leur est pas connu, de façon à les sortir de leurs habitudes. Une salle de TD peut convenir, si elle n’est pas trop chargée en tables (et si les tables sont installées en ilôt). Il faut également un lieu pour le test ultime, avec un dénivelé d’environ 5m : fenêtre, passerelle. Des conditions de sûreté évidentes sont à prendre quand on jette des objets par la fenêtre. Pour le matériel, voir plus loin.

INTRODUCTION

Montrer la vidéo KJU I6  : Un espion en Corée du Nord leur explique la situation – il a récupéré le smartphone de Kim Jong Un, il va leur envoyer depuis un mur. Il y a une caméra de sécurité. Il indique qu’il faut suivre le protocole GH12.

en option : L’encadrant leur donne un moyen de communiquer avec l’espion (ex : via minnit.chat ou un canal whatsapp ou un discord que l’encadrant utilisera en secret pour jouer l’espion). Laisser alors les participants éventuellement poser des questions pour préciser la mission.

EPREUVE : LACHER DE SMARTPHONE

Le matin

L’épreuve consiste à fabriquer une protection pour pouvoir laisser tomber un objet fragile de haut en suivant le protocole GH12. Du matériel frugal est fourni, et les étudiants travaillent en groupe.

Choisir parmi 2 versions du protocole GH12 à donner aux étudiants :
– une version simple, la seule consigne est que l’œuf résiste à la chute.
– une version plus évoluée, qui demande aux étudiants de faire une analyse vidéo de la chute pour évaluer les forces de frottements de l’air.

Ne pas hésiter à ajuster les contraintes en fonction de vos étudiants et de vos objectifs, par exemple :
– la caméra doit pouvoir filmer la chute, ce qui oblige les étudiants à ralentir la chute (fixer une durée minimum)
– une fois le dispositif au sol, il faut être sûr que la caméra ait une orientation précise (pour filmer dans la bonne direction).

Cette activité peut être plus ou moins poussée selon les contraintes que vous imposez :
– tracking de la chute par analyse vidéo (utilisez l’application Fizziq par exemple)
– imposez une contrainte de temps minimum et d’orientation pendant la chute afin de filmer celle-ci.

Déroulé typique :

Temps de fabrication des dispositifs : 1h30 – Les étudiants conçoivent par groupe un dispositif, le testent, l’améliorent. 

Test final : 20 à 30 mn : tous les groupes, les uns après les autres (ou tous en même temps si le temps est compté), testent en grandeur réelle leur dispositif (le laissent tomber d’une hauteur d’environ 5 m) et on vérifie si les conditions émises par le protocole sont vérifiées. Pour ce test, le smartphone est remplacé par un œuf : il faut que l’œuf soit intact à la fin de la chute. L’ensemble des étudiants doit se mettre d’accord alors sur le dispositif à envoyer à l’espion (prendre en photo plan et appareil qu’on envoie à l’espion).

En option : si on veut éviter de choisir entre les différents dispositifs (pour éviter des tensions de compétitions), on envoie les plans de tous les dispositifs à l’espion ainsi que leur résultat au test, et on dit que ce sera lui qui choisira en fonction de ses contraintes locales.

Si vous avez beaucoup d’étudiants : des groupes de 3 / 4 étudiants fonctionnent bien. Si les groupes sont plus grands, on peut prévoir des fonctions de rédacteur de tutoriel : quelques étudiants prennent en charge la rédaction d’un mode d’emploi pour fabriquer le dispositif. On peut insister sur le caractère important de ce document et son devoir de clarté. Sinon, des photos suffisent pour communiquer avec les astronautes. Si les groupes sont plus grands, prévoir une activité d’analyse de trajectoire qui soit prise en charge par quelques étudiants.

Matériel : Le kit C2309

Ce sont ce dont l’espion dispose. Il peut être modifié en fonction de vos stocks. Il s’agit de petit matériel de bricolage, la liste proposée (au format pd et ppt) a été testée et fonctionne mais peut être modifiée facilement. Idéalement, il faudrait que chaque groupe ait un kit C2309 à sa disposition, mais en pratique le plus simple est de mettre le matériel à disposition dans la salle. Les quantités disponibles sont alors plus importantes que ce qui est indiqué dans le kit (on peut avoir 100 pailles, même si le kit indique que l’espion n’en a que 10) : il faut que les groupes fassent attention à ne pas dépasser les quantités dans leur dispositif (mais plusieurs groupes peuvent utiliser 10 pailles).

Matériel bricolage : en plus du kit, prévoir cutters, ciseaux, pistolets à colle, pinces, matériel de protection et de nettoyage : tapis de découpe, bâches plastiques, sacs poubelle, balais… Il faut également prévoir des œufs pour le test final.

TRANSITION

Montrer la vidéo KJU T7 : Un agent en Corée du sud indique : on a bien récupéré le smartphone / mais il y a un code secret pour l’activer qu’on ne trouve pas. L’espion nord coréen va nous l’envoyer par un canal “tangible” pour échapper à la surveillance internet. Il faut l’aider à fabriquer avec son kit de base un émetteur/récepteur de lumière et décider d’un code pour pouvoir envoyer une séquence d’un code pin de 4 chiffres. 

EPREUVE : ARDUINO ET CODES LUMINEUX

L’après-midi

Dans cette épreuve, les étudiants doivent concevoir d’abord un système de LED qui émette n’importe quelle succession de ON et OFF et si possible un autre système qui le détecte.
Puis ils doivent tester qu’ils arrivent bien, entre eux, à se transmettre et décoder un code secret de 4 chiffres avec le système de chiffrage qu’ils souhaitent.

En option : on choisit le prototype qui marche le mieux et on le câble avec une distance de câble plus grande (5 mètres) et on sépare les étudiants (deux pièces différentes, ou bien en haut et en bas d’une fenêtre) et on donne un code à un des groupes, à l’autre de le décoder.

Donner aux participants le lien vers le protocole AR22.

Déroulé pratique de l’épreuve :
Il faut prévoir les kits Arduino en nombre suffisant : carte Arduino (Uno par exemple), Led, résistance, capteur de lumière (analogique de préférence, c’est plus simple). Prévoir également une bobine de fil (préférer des câbles avec plusieurs fils, pour faciliter les manipulations de grandes longueurs), et du matériel de soudure et des pinces coupantes.
Si les étudiants n’ont jamais utilisé de cartes microcontrôleur, il faut leur faire un cours introductif. Un enseignant joue le rôle de « spécialiste Arduino » et vient former l’équipe au minimum vital  : il explique rapidement le principe d’une carte microcontrôleur, et donne comme mission les cartes “tester votre carte”, “allumer une led” et “mesurer une tension” du site opentp.fr (http://opentp.fr/card/). Pour des étudiants qui ont des connaissances en programmation et ont fait un peu d’électricité, 30 minutes suffisent.
Selon les étudiants et les objectifs, des contraintes supplémentaires peuvent être ajoutées (“contraintes supplémentaires émises par l’équipe opérationnelle”)
– changer la longueur du câble
– imposer un débit rapide en émission et en réception des signaux lumineux
– imposer un codage/décodage en morse par le microcontrôleur

L’épreuve finit par une séance collective de tests et démonstrations. Les étudiants doivent ensuite se mettre d’accord ensemble quel est le meilleur prototype et l’encadrant annonce qu’il envoie le plan et des photos à l’espion aussitôt

EPILOGUE

vidéo épilogue scénario 7  : un agent en Corée du sud indique : on a récupéré le code pin, et ça nous a permis d’accéder aux codes des derniers missiles puis générique de fin (on peut ajouter au générique le nom des participants, élèves et profs).