Sauderais Garance
Xia Tengfei
Njembo Kasongo Poncia
Mendoza Santos José Manuel
Gueniche Hamza
Douakh Djamel

Vincent Dupuis

Formation de l'équipe: nous avons proposé certains thèmes qui nous intéressaient, à la fin le thème qui nous a intéressé à tous a été l'électromagnétisme. Nous avons donc décidé de chercher des expériences qui pourraient être réalisées dans le but de démontrer certains principes de l'électromagnétisme. Deux propositions principales ont été faites: soit, faire un train possédant un système de lévitation magnétique, soit construire une Thérémine (instrument utilisant un champs magnétique pour produire du son)

première réunion des membres de l'équipe, durée: 1h 30min. Nous avons rencontré dans la matinée notre enseignant référent, Vincent Dupuis pour discuter avec lui de nos différentes idées de projets. Il a pu nous aider et nous éclaircir sur quelques points. Selon lui, le train à sustentation magnétique est une bonne idée mais difficile à réaliser. La table de chargement des téléphones par principe d'induction est relativement plus faisable à réaliser. L'appareil à envoyer des impulsions électromagnétiques est aussi une bonne idée et est possible mais assez dangereux car nous devrions utiliser des hautes tensions. Nous avons tout de même décidé de garder notre idée sur le train. Nous travaillerons étape par étape et essayerons tout d'abord de faire léviter un objet statique. Manque de stabilité avec des électro-aimants, l'objet pourrait se retourner et c'est pour ça qu'un objet en mouvement peut être plus compliqué à faire léviter. Dans l'après-midi, nous avons déjà débuté des petites expériences et nous nous sommes un peu plus informés sur le principe de sustentation magnétique et sur le matériel dont nous aurions besoin.
objectifs: définir le projet à réaliser, à partir de nos propres recherches sur les deux propositions principales ainsi que sur d'autres sujets qui nous intéressent.
Après une discussion initiale, nous avons enlevé quelques sujets et nous avons en ajouté d'autres. Nous avons enlevé le projet de la thérémine, et nous avons en ajouté deux: une table qui recharge les appareils électroniques par induction, et un canon électromagnétique .

Nous avons décidé de classer les projets par ordre de préférence:

1.- Train à suspension Magnétique (pour raccourcir on l'appellera: TSM). 2.- Canon E.M. 3.-table-chargeur.

Aujourd'hui, Garance a envoyé un mail à notre professeur référent pour qu'il nous donne son avis autour de la faisabilité de ces projets et donc commencer la recherche de bibliographie.

Première réunion avec le professeur référent à 11h. Nous avons rencontré dans la matinée notre enseignant référent Vincent Dupuis pour discuter avec lui de nos différentes idées de projets, et nous à aider à éclaircir sur quelques points expérimentaux sur nos sujets. Selon lui, le train à sustentation magnétique est une bonne idée mais assez compliqué à réaliser, avec l'aide d'électro-aimants car le train ne serait pas suffisamment stable et pourrait se retourner et osciller.Nous nous organiserons par étape en faisant des expériences tout d'abord sur un objet statique, puis si nous le pouvons,nous essayerons de le mettre en avant. La table de chargement par principe d'induction est un idée beaucoup plus simple avec le phénomène de transmission d'énergie.
L'idée de l'appareil pour envoyer des impulsions électromagnétiques est un peu plus dangereuse car nous devrions utiliser des hautes tensions.Nous avons donc décidé de garder notre idée de train à sustentation magnétique, nous travaillerons autour de ce sujet en commençant par faire des expériences avec des aimants.
Cet après-midi, nous avons cherché des informations sur le principe de sustentation magnétique, et regardé pour voir si ce train avait déjà été réalisé. Nous avons aussi fait une expérience pour essayer d'allumer une ampoule en récupérant le courant d'une bobine à l'aide d'une plus petite bobine et d'un générateur de tension. A travers la bobine, nous avons relevé un courant de l'ordre de 0,30 microA pour une tension 0,20 V.
Nous avons aussi imprimé à l'aide de l'imprimante 3D, un prototype du rail et du support pour le train pour voir où les aimants seraient placés le plus judicieusement. Tengfei a eu l'idée d'acheter une bande aimantée à mettre sur le rail.

Nous allons pour la prochaine semaine travailler sur des moyens de faire léviter un objet avec des aimants, tout en étant le plus stable possible.

Objectifs:
Cette séance sera consacrée à la réalisation de plusieurs expériences. À partir des résultats obtenus, nous définirons la répartition du travail qu'on considérera la plus pertinente. (écrit le 10/02/2020)

Pendant cette séance, Tengfei n'a pas pu nous rejoindre. Cependant, il a fait des essais avec un rail qu'il a construit, pour l'instant nous n'avons pas pu discuter les résultats de ses expériences avec lui, ce sera fait à la prochaine séance si possible.

Durant cette séance nous avons pensé à utiliser le principe d'un canon électromagnétique. Nonobstant, le projectile serait ici fixe, et ce serait la bobine qui serait libre de bouger sur le même axe que le projectile.
Nous avons donc imaginé le procédé de la manière suivante: Une tige métallique, dans laquelle un courant circule, est positionée au centre d'un cylindre, autour duquel est enroulé un tapis magnétique.
Nous proposons alors l'hypothèse suivante: Le cylindre représentant le train, grâce à cette configuration, une force de Laplace sera exercée et fera bouger le cylindre aimanté et non la tige (cette dernière étant fixée), le cylindre pourra alors avancer, tout en étant en lévitation, puisque la forme cylindrique lui permet d'être attiré de la même manière en tout point.
Nous avons, pour le moment, réalisé plusieurs expériences:

1.- nous avons essayé à l'aide d'une bobine, alimentée en courant, de projeter un aimant ayant une forme de polygone rectangulaire. Après l'avoir fait, nous avons pensé que la géométrie de l'aimant pourrait avoir des conséquences qui feraient que l'étude de la situation soit trop difficile.
2.- Après ces premiers résultats, l'équipe a décidé d'utiliser un aimant en forme de tige. Nous avons essayé de projeter la tige avec une bobine qui nous a été fournie, après plusieurs essais, nous avons constaté que la tige avait une tendance à se coller aux parois de la bobine qui était construite autour d'une armature en fer. Aucune initiative a été prise pour étudier ce phénomène puisque nous considérons qu'il pourrait disparaitre si nous utilisons un matériel qui ne soit pas un metal.

3.- Nous avons alors construit une autre bobine ayant un diamètre considérablement plus petit (environ 8mm), que nous avons alors connectée au courant. (Nous avons oublié d'enregistrer le nombre de spires de notre nouvelle bobine, mais ce sera fait la prochaine séance.)
Pour un courant de 1,16 A nous avons réussi à légèrement projeter la tige aimantée. Aucune lévitation n'a été observée. Notre travail reste actuellement très qualitatif.

Après cette séance, nous n'avons pas fait de répartition de tâches spécifique, mais nous avons décidé de diviser le groupe en deux parties: Une partie se concentrera sur la recherche bibliographique, pendant que l'autre continuera à faire des expériences. De cette façon, si le groupe faisant de la recherche bibliographique arrive à trouver des solutions dans la littérature, il le communiquera au groupe dit “pratique”, dans le cas inverse, le groupe “pratique” communiquera ses résultats aux autres de telle sorte qu'ils puissent réorienter leur recherche.

Pas d'objectif défini pour l'instant.

La moitié du groupe continuera avec les expériences pendant que l'autre mènera une recherche bibliographique. (écrit le 13/02/2020)

Actualisation:
José et Garance sont allés à la bibliothèque pour chercher des informations, pendant que Djamel, Hamza et Poncia travaillaient sur des expériences autour des aimants. Teng Fei est arrivé à la salle de TP avant les autres pour travailler de son côté, malheureusement, il ne nous a pas expliqué la totalité de ses travaux, pour cette raison, la partie de ce compte rendu dédiée aux expériences qu'il a fait, sera incomplète; nous avons, pour le moment, du mal à nous communiquer avec lui.
Dans la suite, nous allons présenter de façon séparée ce que chaque partie du groupe a fait pendant cette séance.

==José et Garance:== Après des recherches faites à la bibliothèque, sur internet et dans des livres, nous avons réussi à améliorer notre compréhension de la magnitude du projet que nous voulons faire. Nous considérons que trois remarques principales peuvent être faites.
1.-Notre premier constat, lors de cette séance de recherche, a été que la plupart des modèles miniaturisées des trains à sustentation magnétique, étaient des versions extrêmement simplifiées qui n'utilisaient que des aimants permanents, ces trains miniaturisés avançaient sur des sections très courtes de rails et avaient besoin d'être coincés entre deux murs pour qu'ils soient stables.

2.- Des commentaires sur l'instabilité des systèmes de lévitation magnétique sont nombreux dans la littérature.

3.- Après la lecture des premières pages d'un article traitant le thème, (Reports on Progress in Physics, Volume 44, Number 4), il semble évident que la création d'un rail magnétique permettant la lévitation du train ne sera pas facile. Dans cet article, l'auteur présente 9 manières différentes de créer le phénomène de lévitation, certaines telles que l'utilisation de matériaux ferromagnétiques pour la création d'électroaimants pourraient être accessibles. Cependant, l'auteur insiste sur le fait que produire le phénomène de lévitation par l'utilisation uniquement d'un champs magnétique, reste quand même un défi.

Nous pouvons donc dire après ces recherches initiales, que, avant d'essayer de construire un train miniaturisé, ce serait plus prudent d'essayer de reproduire les expériences de lévitation par des champs magnétiques trouvées dans la littérature, ainsi que de mener une recherche bibliographique plus intense.
Pour ce qui concerne la recherche bibliographique nous pouvons donc définir les objectifs suivants pour la séance du 26/02/2020:
1.- Trouver des exemples de projets qui aient réussi à faire léviter par un champ magnétique, un objet de masse comprise dans l'intervalle [0,01;0,5] kg.
2.- À partir des recherches menées, dessiner des systèmes qui puissent être testés soit par nos camarades d'équipe soit par nous mêmes.

== Pour faciliter la communication, je (José) vais laisser un dócument drive contenant mes notes sur les documents lus lors des séances de recherche bibliographique. == https://docs.google.com/document/d/1sm7hllBLi2U5N7jyw9nuFX3PTaQ5LA6n3iPR-Y6b84A/edit

== Poncia, Djamel et Hamza: == (Garance et José n'ont pas pu compiler la totalité des informations sur les résultats des expériences menées par cette partie de l'équipe.)
Poncia a essayé d'utiliser une des bobines à notre disposition pour créer un champs magnétique qui puisse être utilisé pour faire une expérience du rail de Laplace. Aucun progrès a été fait puisque la bobine ne produisait pas de champ suffisamment homogène à l'extérieur de son volume pour que Poncia puisse réaliser son expérience.
En général, les expériences de la semaine dernière ont été répétées.

== Teng Fei: == Teng Fei a essayé de créer des électroaimants en utilisant des vis, qu'il collerait verticalement au sol pour essayer d'imiter le système de rail utilisé par les étudiants de physique du lien suivant:https://www.supermagnete.fr/Utilisations-d-aimants/Train-a-levitation-modele. Malheureusement, il reste très difficile de se communiquer avec Teng Fei qui fait des progrès indépendamment, nous essayerons de trouver une façon pourquoi communique ses résultats et on puisse donc avancer.

Objectifs:
1.- Trouver des exemples de projets qui aient réussi à faire léviter par un champ magnétique, un objet de masse comprise dans l'intervalle [0,01;0,5] kg.
2.- À partir des recherches menées, dessiner des systèmes qui puissent être testés soit par nos camarades d'équipe soit par nous mêmes.

Résultats de la séance:
Seul Garance,José et Djamel ont pu se rassembler à la salle aujourd'hui, Poncia et Hamza n'ont pas pu nous rejoindre. Tengfei nous a rejoint pour la deuxième moitié de la séance.
Après avoir fait des recherches en ligne, José est arrivé à la conclusion qu'il serait plus efficace d'essayer d'étudier directement le phénomène de lévitation qui constitue en lui même un défi considérable.

Nous avons pensé à tester deux systèmes différents:
le premier serait un système comportant deux dipôles permanents qui coinceraient un troisième dipôle entre eux par l'influence de leurs champs magnétiques:

Le deuxième consisterait d'un électroaimant générant un champs censé d'être uniforme et constant:.

Djamel a corroboré les informations trouvées dans les documents déjà étudiés par Garance et José qui disaient qu'il était pas possible de produire le phénomène de lévitation par l'utilisation d'un champ Magnétique constant sur un objet non-ponctuel. Dû à ces informations, nous avons écarté la deuxième option.

Nous avons essayé de construire un assemblage de plusieurs électroaimants de petites taille pour essayer de voir si l'ensemble de ceux-ci pouvaient créer un champs suffisamment fort pour attirer un petit objet en fer (une vis), nous avons mis plusieurs minutes à essayer de construire l'assemblage, cependant ceci n'a pas été possible dû au fait que les fils avaient une tendance à se casser.
C'est à ce moment que notre professeur référent, Vincent Dupuis, s'est rapproché pour voir l'état de notre projet. Après avoir brièvement présenté l'état de notre projet, il nous a fait plusieurs remarques:
1.- Il n'est pas possible de produire le phénomène de lévitation sur un dipôle non-ponctuel en utilisant un champs constant puisque le dipôle aura toujours une tendance à s'aligner de telle sorte que son sud soit collé au nord de l'électroaimant.
2.- Il est nécessaire d'utiliser un champs variable qui permette à l'objet d'osciller de telle sorte qu'il ne se rapproche pas trop à l'électroaimant et donc qu'il se colle pas à ce dernier.
3.- Un train serait plus facile à construire avec des aimants permanents qui fournissent une force plus importante. Cependant, les phénomènes mentionnés précédemment continueraient à avoir lieu.

Il nous a aussi conseillé de faire la récupération de matériaux utilisés il y a longtemps par d'autres étudiants ayant déjà essayé de faire léviter un objet de telle sorte qu'on puisse avancer sur nos recherches et produire un système testable.

Conclusion du Jour: Djamel, Garance, Tengfei et José, avons décidé d'abandonner le projet du train, qui ne sera pas réalisable dans le temps qui nous reste. Nous avons pour le moment décidé de nous concentrer sur la reproduction des expériences autour de la lévitation, déjà faites par des étudiants dans le passé.

Objectifs:
-créer un électroaimant capable de faire bouger au moins une boussole et idéalement un objet en fer.
-concevoir un dispositif expérimental pour tester notre système.
-Commander les matériaux nécessaires pour la réalisation du projet.
Nous avons commencé à travailler sur notre projet de la lévitation d'une bille à l'aide d'un électroaimant. Pour ce dispositif, notre but est de faire léviter une bille à l'aide d'un électro-aimant. Sous l'effet de la gravité, cette bille tombera, nous allons donc essayer à l'aide d'un régulateur de faire varier le champ magnétique B pour faire en sorte que la bille soit de nouveau attirée vers l'électroaimant. Avec un laser placé sur le côté, en direction de la bille, celui-ci arrivera sur le régulateur, si la bille n'est plus en place pour donner l'information d'augmenter l'intensité du champ magnétique. Aujourd'hui, nous avons à l'aide d'une imprimante 3D, conçu le modèle 3D de la bobine. Celui_ci a été divisé en 3 parties soit 2 faces et un cylindre, les 2 faces ont été imprimées aujourd'hui, nous imprimerons le cylindre la semaine d'après.

projet.docx.docx Nous allons à l'aide de photorésistances de contrôler la puissance d’aimant électronique. On modifie la puissance d’aimant pour modifier le courant passant par la bobine. On utilise un composant important, le L298N.

Parallèlement, le mercredi 04/03 nous avons construit le circuit de courant qui permettra de monter notre dispositif de création du champ magnétique nécessaire à la lévitation. Il permettra également de réguler les arrivées de tension par un système du type amplificateur-interrupteur.

Nous montons sur ce support un circuit à deux mailles, la première maille jouant le rôle d’interrupteur est composée d'un Arduino sur lequel nous avons programmé les aspects oscillants du passage/non-passage de courant, suivi d'une résistance d'environ 220 ohms pour réguler la circulation du courant dans l'Arduino. La résistance est suivie d'une transistor qui lui joue le rôle d'un interrupteur électronique effectif, il ne laisse passer le courant dans la seconde maille, où se trouve la bobine, que lorsque l'Arduino l'indique. Nous ajoutons aux bornes de la bobine une diode afin de stabiliser les chutes brutales de tension et donc de stabiliser le système.

(Cette séance, José, Garance et Djamel ont été présents.)
-Aujourd'hui nous avons imprimé le cylindre entier de la bobine.
-Tengfei, a fini de coder la carte Arduino pour qu'elle puisse réguler l'intensité du champ électromagnétique, une nouvelle contrainte peut être définie à partir des caractéristiques de la carte Arduino: nous ne pouvons pas utiliser un courant supérieur à 2 ampères, à moins qu'on rajoute des composants, ce qui implique une complexification du système.

Nous avons aussi étudié avec une bobine que nous avons crée, la distance d'aimantation “observable” d'une vis par un électro-aimant crée en enroulant des spires autour d'une mèche en fer. L'étude menée a consisté à rapprocher une vis, collée à un fil en nylon, à l'électroaimant qui était placé sur la table à côté d'une règle qui nous permettait de mesurer. Nous avons appelé “distance d'aimantation observable, la distance à partir de laquelle la vis avait une tendance à s'aligner avec l'axe central de la mèche.
Nous avons étudié la variation de cette distance en fonction de l'intensité de courant émis par le générateur pour que nous puissions commencer à visualiser les proportions qu'aura notre dispositif expérimental en fonction des caractéristiques de notre électroaimant. Ainsi que pour pouvoir commencer à définir la taille de l'objet à faire léviter.


Après avoir mesuré la distance d'influence observable à l'oeil nu, pour onze valeurs d'intensité de courant dans l'intervalle [0,51;2,5]A, nous avons constaté après avoir essayé plusieurs ajustements par différents types de lois, que (compte tenu des incertitudes sur les mesures) cette distance semble varier de façon exponentielle: Ceci implique donc que les dimensions du dispositif expérimental pourraient changer de façon importante si l'on décide de changer drastiquement la valeur du courant utilisé.

Pour un courant de 1,85 Ampères, qui se rapproche de la limite de la carte Arduino, nous avons mesuré une distance de 1 cm, ce qui implique que nos capteurs devront être précis, au moins, millimètre près puisque l'objet à faire léviter devra avoir une taille proportionnelle à cette distance.

Nous avons pu mener juste deux expériences à part celle-ci, à cause du manque d'effectifs:
1.- Nous avons essayé, en utilisant le même électroaimant,(possédant environ 48 spires) d'attirer un morceau en fer pour tester la force de celui-ci, de façon qualitative. Cette expérience nous à permis de conclure qu'un nombre considérable de spires sera nécéssaire pour pouvoir vaincre la gravité à moins qu'on utilise un objet très petit. On devra donc se rapprocher, peut être, aussi que possible d'un objet ponctuel par rapport aux dimensions de l'électroaimant mais ceci pourrait ajouter d'autres contraintes.
2.- Djamel a, en utilisant une boussole, essayé de voir à partir de quelle distance le champ divergeait, pour pouvoir commencer à faire du “brainstorming” autour de la forme et dimensions de l'électroaimant.

José a aussi construit une partie d'un support qui sera utilisé pour les expériences préliminaires qui devraient avoir lieu mercredi prochain ou celui d'après (au plus tard).

1.-Faire plusieurs expériences avec notre nouvelle bobine et une mèche pour qu'on puisse mesurer l'intensité de courant minimal qui nous permet de vaincre la pesanteur.
2.- re-discuter la répartition des tâches pour améliorer notre efficacité.

José: Nous allons essayer de nous organiser pour mettre en commun nos efforts de telle sorte que nous puissions créer quelque chose d'intéressante en termes de recherche bibliographique. Dû à l'isolement, il est évident que les conditions ne sont pas les meilleures, cependant nous allons laisser notre imagination aussi libre que possible jusqu'à trouver une solution.

Objectifs, José: Pour ce qui concerne cette séance, j'essayerai de faire des dessins de prototypes du système de lévitation, pour au moins faire une modélisation simple. Je dédierai deux heures de cette séance à la recherche et lecture de projets ayant réussi à construire un système de lévitation pour le comparer avec mes idées.

Le groupe s'est retrouvé sur une salle de réunion Zoom pour pouvoir mettre en ordre le projet théorique que nous devons rendre. Nous avons crée un google docs pour notre article à rendre et nous nous sommes départagés les tâches en binôme. Chaque binôme travaillera sur une des 3 parties que nous avons détaillé : le champ magnétique, le train magnétique et la lévitation en détaillant les principes, expériences faites, et les limites de ces concepts.

Jose: Après la répartition des tâches faite à la séance précédente mes objectifs ont dû changer, maintenant j'essayerai d'écrire un résumé des expériences faites dans le labo ainsi que des raisonnements théoriques qui nous ont poussé à devoir changer le projet d'un train “maglev” à un projet sur la lévitation magnétique d'un objet sphérique de petite taille.
Le confinement continue à faire de ceci une tâche compliquée vu que la communication est très réduite et qu'on n'a pas d'accès aux matériaux qu'on avait utilisés. Je travaillerai sur ce qui a été noté dans le cahier de labo ainsi que sur mes notes personnelles.

Le nouvel objectif final de ce projet étant de faire un exposé pour le 14 mai, nous avons décidé aujourd'hui, de faire une visioconférence vendredi 24 avril pour commencer la préparation de nos diapositives ainsi que faire la répartition du temps de parole. Étant une équipe de 6 il est fort probable que chacun doive parler au plus 2,5 minutes sûr une partie du projet, pour l'instant, Poncia a proposé de faire un exposé qui se divise en trois parties: une première consacrée à expliquer les concepts et les phénomènes auxquels nous nous sommes intéressés, une deuxième consacrée à la présentation de nos expériences ainsi que nos résultats, et en fin, une troisième partie consacrée à l'interprétation de nos résultats et à nos conclusions.

Version très simple d'un train à sustentation magnétique. https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p093/physics/maglev-train-weight#makeityourown

explication du concept du train à lévitation magnétique, la découverte de la propulsion magnétique et l'histoire de sa conception : http://iletaitunefoislestrains.e-monsite.com/pages/iii-le-train-a-sustentation-magnetique.html

fabrication d'un train magnétique qui avance dans une bobine avec l'aide d'un aimant et d'une pile aimantée qui représente un train : https://www.dailymotion.com/video/x2igzyx

train à lévitation magnétique avec supraconducteurs de l'université de Sherbrooke : https://www.youtube.com/watch?v=4BTEQRU9yT8 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00569274/document

train flottant construit par un groupe d'élèves étudiants en physique avec plusieurs aimants alignés en ligne droite pour faire avancer leur train (plusieurs planches de bois) : https://www.supermagnete.fr/Utilisations-d-aimants/Train-a-levitation-modele
Article Electromagnetic suspension and levitation : Reports on Progress in Physics, Volume 44, Number 4 http://www.maglev.ir/eng/documents/papers/journals/IMT_JP_56.pdf

fonctionnement des aimants permanents et pratique et instrumentation: ouvrage “Magnétisme : II-Matériaux et applications” de la Collection Grenoble Sciences (à retrouver en bibliothèque des licences de la faculté des Sciences de Sorbonne Université)

principe de sustentation magnétique et son application avec le train avec des électro-aimants et des aimants permanents http://www.train35.fr/monorail_levitation.html