Le projet
Deux classes de Première Bac Pro CIEL (1CIEL1 + 1CIEL2) conçoivent et réalisent de A à Z une nacelle embarquée destinée à être emportée dans la stratosphère par un ballon sonde. Les élèves répondent à un véritable cahier des charges du CNES : fonctionnement jusqu'à -40 °C, basse pression, vibrations extrêmes, masse maximale 1800 g, autonomie énergétique complète et redondance des communications.
Cadre : Épreuve de baccalauréat de projet (anciennement chef-d'œuvre) — année scolaire 2025/2026.
Lancement : 5 mai 2026 depuis la cour du lycée.
Partenaires : CNES (cahier des charges, balise Kikiwi), Planète Sciences / Pavillon des Sciences de Montbéliard (3 revues de conception + lancement).
La réalisation — De septembre à avril
Les élèves sont partis de zéro. En septembre, la plupart n'avaient jamais tenu un fer à souder ni écrit une ligne de code. Pendant 8 mois (2h/semaine, puis 10h/semaine le dernier mois), ils ont conçu et réalisé l'intégralité du système : deux cartes électroniques (PCB dessinés et brasés à la main), une boîte de survie isolée, un programme Arduino de plus de 3000 lignes, et un ensemble d'expériences scientifiques.
Six groupes par classe, chacun responsable d'un sous-système : Communication, Survie, Expérimentateurs, Environnement, BlackBox, Communication Sol. Trois revues de projet avec Planète Sciences ont jalonné l'année.
Architecture technique
- Microcontrôleur : Arduino Mega 2560
- Communication : triple redondance — LoRa (réseau TTN), GSM SIM7070G (SMS), balise Kikiwi CNES
- Capteurs : température int/ext, pression, humidité, UV, accéléromètre + gyroscope 6 axes (MPU6050)
- Expériences : micro (propagation du son), panneau solaire, lentilles sous UV, caméra
- Alimentation : pack Li-ion 2S2P 7,4V 6000 mAh, chauffage 3W piloté par MOSFET
- Enregistrement : carte SD (2041 lignes, 48 colonnes de données)
Expériences au sol
En parallèle de la réalisation technique, les élèves ont mené des expériences préparatoires en maths-sciences :
- Cloche à vide : ébullition de l'eau à température ambiante (simulation basse pression)
- Congélateur : test du système complet à -25 °C pendant plusieurs heures
- Simulation de pluie : test d'étanchéité, vernissage de l'électronique
- Culture de lentilles en gravité simulée 0g (roue tournante conçue par les élèves)
- Tests d'antenne : portée, type, orientation optimale
Le lancement — 5 mai 2026
Le ballon a été lancé depuis la cour du lycée à 14h16, devant les deux classes et d'autres élèves prévenus par le groupe Communication. Les élèves du groupe Com Sol ont immédiatement pris le relais pour suivre la nacelle en temps réel via LoRa (TheThingsNetwork) et la station de réception radio.
Le vol — 2h45 dans la stratosphère
Le ballon est monté à 2,5 m/s — deux fois plus lentement que prévu. Altitude maximale : 20 000 m (au lieu de 30 000 m visés). Hypothèse retenue : porosité du ballon (fuite lente d'hélium). Pendant le vol, l'équipe a craint que le ballon n'éclate jamais et dérive trop loin.
Finalement, éclatement à 15h30 à 20 000 m. Descente sous parachute en ~45 min. Nacelle récupérée intacte avec l'ensemble des données.
Résultats scientifiques
Températures — Inversion stratosphérique
Pression et humidité
Propagation du son en altitude
Autres résultats : panneau solaire fonctionnel en vol (4,5-5 V stable), rayonnement UV augmentant nettement au-dessus de 10 000 m, expérience de lentilles en cours d'analyse.
Ce qui n'a pas fonctionné
- Ballon poreux — montée lente, éclatement à 20 km au lieu de 30 km. Résultat inattendu mais scientifiquement riche
- Caméra — n'a pas enregistré (problème d'organisation le jour J)
- Interférences RF — LoRa et Kikiwi se sont perturbés mutuellement. Mais la triple redondance a rempli son rôle : nacelle localisée et récupérée
Ces échecs font partie intégrante de la démarche : les élèves les analysent, formulent des hypothèses, et identifient les améliorations.
Analyse des données — Le projet continue
Les élèves exploitent les données en cours de maths-sciences, en Python : tracé des grandeurs mesurées, comparaison des 3 GPS embarqués, calcul des vitesses, carte interactive. Plus de 30 graphiques générés et analysés. Cette phase est aussi formatrice que la réalisation : lire des données réelles avec du bruit, des valeurs manquantes, des anomalies.
Démarche pluridisciplinaire
| Discipline | Contributions |
|---|---|
| Électronique / Info | Conception PCB, programmation Arduino, LoRa, gestion alimentation autonome |
| Maths-Sciences | Protocoles expérimentaux, expériences au sol, analyse post-vol en Python |
| Fabrication | Boîte de survie, supports 3D, intégration mécanique |
| Documentation | 2 sites web élèves, vidéo YouTube, presse (Est Républicain), dashboard temps réel |
| Environnement | Capteurs atmosphériques, lycée labellisé E3D niveau 3 |
Impact et dimension sociétale
Ce projet offre à des élèves de Bac Pro un accès concret à une démarche d'ingénierie spatiale — habituellement réservée aux filières générales et technologiques. C'est un vecteur de démocratisation scientifique pour un public qui en bénéficie rarement.
Anastasiia, seule fille des deux classes et immigrée d'Ukraine suite à la guerre, a réalisé l'un des sites web du projet.