Depuis plusieurs années j’anime un club de robotique au sein de mon collège (Collège Jacques-Yves Cousteau à Bussy St Goerges). Chaque année une vingtaine d’élèves s’inscrivent pour venir travailler pendant leur temps libre sur un projet innovant que l’on définit au début de l’année.

Avec l’introduction de la rotation, la translation et l’algorithmique au programme de mathématiques du collège, j’ai mis les élèves à la recherche d’un projet à réaliser et qui fait intervenir ces notions. Les élèves sont venus avec quelques propositions : faire un vélo ou une trottinette électrique, construire un drone ou une mini voiture…

Après une séance de débat, nous avons décidé de construire un drone qui vole et qui roule en même temps. L’idée qui s’est dégagée est de faire un véhicule du futur qui pourrait se déplacer partout et éviter les bouchons fréquents sur les routes. Le projet avait aussi un penchant écologique du fait que rajouter un degré de liberté à la mobilité pourrait limiter la construction des routes et sauvegarder ainsi les espaces naturels pour la faune et la flore. Le fait de partir sur un véhicule électrique qui pourrait se recharger à l’énergie solaire avait, sur les élèves, un effet sensibilisateur au problème du réchauffement climatique que nous connaissons bien maintenant.

On est parti alors sur cette idée. Le défi qui s’est posé alors était de trouver une solution pour réaliser un tel engin en quelques mois pour pouvoir le présenter à des concours et manifestations scientifiques au mois de mai 2017.

Les élèves se sont partagés en plusieurs groupes non disjoints pour travailler sur la recherche bibliographique, la structure du châssis, la construction du drone, la programmation, le pilotage…

Nous avons travaillé d’abord sur la structure de châssis et le système de liaison avec le sol ainsi que le train atterrissage. Après plusieurs recherches sur internet et de multiples comparaisons avec les modèles de loisirs que l’on trouve dans le commerce, les élèves ont proposé un modèle orignal : un véhicule reposant sur deux roues parallèles et dont le centre de gravité est en dessous de l’axe de rotation des roues. Le véhicule se trouve ainsi suspendu et en équilibre.

Ainsi le véhicule peut rouler avec des moteurs électriques bien positionnés ou bien en actionnant les hélices de devant et de l’arrière pour le faire avancer ou reculer. Pour le piloter sur le sol, nous avons opté pour l’élaboration d’une application sur tablette ou téléphone portable.

Pour la partie hélicoptère, nous avons décidé de le piloter avec une radiocommande classique pour drones mais connectée à une carte microcontrôleur Arduino Uno que l’on trouve sur le marché pour quelques euros.

Nous avons fait des tests de rotation des hélices en les programmant avec mbloc (version modifiée de Scratch pour robotique). Nous nous sommes rendus compte que pour piloter le drone, mblock n’était pas suffisant pour interagir avec ses différents composants, notamment la centrale inertielle qui renseigne la carte Arduino sur la position géométrique du drone dans l’espace. Nous avons donc décidé de chercher sur internet des programmes qui pourraient nous aider à le faire. Par chance nous avons trouvé un projet qui pilote un quadricoptère avec une carte Arduino. Le titulaire du projet avait fait un tutoriel pour expliquer son fonctionnement.

Nous avons donc décidé de prendre cette solution, de l’étudier et de l’adapter à notre drone. Cette solution nous a fait gagner pas mal de temps et elle a permis aux élèves de bien comprendre le fonctionnement d’un quadricoptère ainsi que le programme qui le pilote.

Nous avons ainsi réussi à fabriquer notre drone qui roule et qui vole, nous avons fait plusieurs tests de fonctionnement et réglage de stabilité. Nous l’avons présenté à trois concours : ’’Faites de la science 2017’’ régional (où nous avons eu le 1er prix) puis national (où nous avons eu le 3ème prix ex aequo) et à C’génial 2017 phase académique où nous avons eu le prix spécial de réalisation.

Les élèves ont voulu ensuite fabriquer une version plus grande pour accueillir une personne. À ce stade, les prix des composants deviennent extrêmement chers et nous n’avions ni le temps ni l’argent pour le faire. Quelques élèves ont gardé espoir de le faire jusqu’au mois d’octobre de l’année suivante. Je leur ai expliqué enfin que c’était au dessus de nos capacités et qu’il fallait se contenter du prototype que nous avions produit.

Du point de vue pédagogique, ce projet était très riche sur tous les plans. Il m’a permis de mettre en pratique plusieurs notions que nous avons vues en cours (proportionnalité, grandeurs composées, transformations géométriques, géométrie dans l’espace, propriétés des polygones (triangles, quadrilatères remarquables), la trigonométrie, l’algorithmique et les fonctions. Les élèves ont bien vu l’interconnexion entre les notions.

Les différentes étapes du projet ainsi que les notions utilisées sont expliquées dans le rapport que les élèves ont préparé pour les concours.