Projet : Batterie de Condensateurs pour Voiture Radiocommandée

1. Objectif du projet

Concevoir et réaliser une batterie de condensateurs capable de fournir l’énergie nécessaire au démarrage ou à l’alimentation d’une voiture radiocommandée, en respectant les contraintes de tension, de capacité et de sécurité.

2. Rappels sur les condensateurs

Un condensateur stocke de l’énergie sous forme de champ électrique.
La capacité (C) s’exprime en farads (F), la tension maximale (U_max) en volts (V).
L’énergie stockée se calcule par :

E = ½ × C × U²

3. Association de condensateurs pour une batterie

3.1. Pourquoi associer des condensateurs ?

Un seul condensateur ne suffit généralement pas à atteindre la tension ou la capacité désirée. On associe donc plusieurs condensateurs :

En série : pour augmenter la tension maximale supportée.
En parallèle : pour augmenter la capacité totale (donc l’énergie stockée).

3.2. Formules d’association

En série : 1 / C_eq = 1 / C₁ + 1 / C₂ + ...
Tension totale = somme des tensions maximales de chaque condensateur

En parallèle : C_eq = C₁ + C₂ + ...
Tension maximale = tension maximale du plus faible

3.3. Exemple d’association pour la voiture

Exemple :
On souhaite une batterie de 5 V et 0,1 F (100 000 µF).
On dispose de condensateurs de 2,5 V / 0,22 F.

On associe 2 condensateurs en série pour supporter 5 V (2,5 V + 2,5 V).
La capacité équivalente en série : 1 / C_eq = 1/0,22 + 1/0,22 = 2/0,22 → C_eq ≈ 0,11 F.
On peut ensuite mettre plusieurs groupes de 2 en parallèle pour augmenter la capacité totale.

4. Stabilisation de la tension

Les condensateurs lissent la tension et fournissent un courant rapide lors des démarrages moteurs.
Pour une meilleure stabilité, on peut ajouter un petit condensateur céramique (100 nF) en parallèle pour filtrer les hautes fréquences.
Il est conseillé de placer la batterie de condensateurs au plus près du moteur ou du contrôleur de la voiture.

5. Précautions spécifiques au projet

Respecter la tension maximale de chaque condensateur (ne jamais dépasser 2,5 V pour un condensateur 2,5 V).
Équilibrer la tension sur chaque condensateur en série (utiliser des résistances d’équilibrage si besoin).
Décharger la batterie de condensateurs avant toute manipulation (risque de choc ou d’étincelle).
Vérifier la polarité pour les condensateurs électrochimiques ou supercondensateurs.
Ne jamais court-circuiter la batterie de condensateurs chargée.

Attention : Une batterie de condensateurs peut délivrer un courant très intense sur un court instant. Toujours manipuler avec précaution.

6. Étapes de réalisation

Déterminer la tension et la capacité nécessaires pour la voiture (en fonction du moteur et de l’autonomie souhaitée).
Choisir les condensateurs adaptés (tension, capacité, taille).
Calculer et réaliser l’association série/parallèle pour obtenir la batterie désirée.
Vérifier le montage, la polarité et la sécurité.
Tester la batterie sur la voiture radiocommandée.

7. Exercices d’application

Pour une voiture nécessitant 6 V et 0,05 F, proposez une association de condensateurs de 2 V / 0,1 F.
Expliquez pourquoi il faut équilibrer la tension sur chaque condensateur en série.
Calculez l’énergie stockée dans une batterie de 0,1 F chargée à 5 V.
Quels risques présente une batterie de condensateurs mal utilisée ?

Cours-projet pour la classe de première STI2D – Professeur de EE