5 mars 2020

Les adolescents du Massachusetts prennent les devants sur le carbone incorporé

L'équipe de robotique Brickwolves de la Waring School a développé un programme de calcul du carbone pour les étudiants pour donner aux étudiants des informations sur le carbone incorporé.

Charlie Pound

par Charlie Pound (8e année), membre de la Waring School Brickwolves, une équipe de 14 et 15 ans participant à la Première Ligue Lego (FLL) Concours mondial STEM

«Alors que je me tenais devant la Massachusetts State House à Boston à 11h30 un vendredi matin, j'ai regardé autour de moi une grande foule d'étudiants et d'autres jeunes tenant des pancartes.» C'est ainsi qu'Olive Sauder, membre de la Waring School Brickwolves, a décrit la grève mondiale des étudiants pour le climat du 20 septembre 2019, inspirée par la militante suédoise Greta Thunberg.

Presque tous les membres de notre équipe de robotique ont assisté à la grève pour le climat et nous étions entourés des deux tiers des étudiants de la Waring School. Plus de 6 000 étudiants d'autres écoles partageant les mêmes idées nous ont rejoints, prenant une journée de congé pour protester contre l'inaction du gouvernement face au changement climatique aux niveaux national et fédéral.

Waring School Brickwolves membres de l'équipe à la grève du climat de Boston

Les discours ont commencé et ont duré près de deux heures. Au cours des discours, les Brickwolves présents ont été frappés par le fait que, bien que les orateurs soient clairement passionnés par le changement climatique, ils n'ont pas mis l'accent sur les données scientifiques ou les solutions spécifiques qui auraient rendu leur plaidoyer en faveur d'un changement de politique plus convaincant. «Les orateurs se sont concentrés sur des images classiques du changement climatique: des transports inefficaces et de grandes usines, alors qu'en réalité, ce ne sont pas les plus gros contributeurs au changement climatique», a déclaré Olive. Par exemple, la création et l'exploitation de bâtiments sont responsables de 40% de toutes les émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre, mais les orateurs de la grève pour le climat ne l'ont pas mentionné.

Si les élèves veulent faire pression efficacement sur le gouvernement pour qu'il agisse en matière d'environnement, ils doivent pouvoir utiliser des faits convaincants et le bon vocabulaire pour s'assurer que les adultes en mesure de mettre en œuvre des changements les écouteront. Notre équipe de robotique a réalisé que nous pouvions autonomiser les jeunes, en leur donnant les données et les connaissances spécifiques dont ils ont besoin, grâce à notre projet d'innovation.

La création et l'exploitation des bâtiments sont responsables de 40% de toutes les émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre, mais les orateurs de la grève pour le climat ne l'ont pas mentionné.

La Waring School Brickwolves est un PREMIÈRE Ligue Lego (FLL) équipe de robotique. FLL est la plus grande compétition de robotique au monde, avec 38 800 équipes et 310 400 participants. Dans le cadre du concours annuel, chaque équipe réalise un projet d'innovation lié au thème de cette année.

Le thème de cette année est «City Shaper», en d'autres termes, un accent sur l'urbanisme, les bâtiments et la construction.

Au début de la saison, inspirés par la grève mondiale des étudiants pour le climat, nous avons pensé en termes un peu vagues à faire un projet City Shaper visant à aider l'environnement. Nous avons également été inspirés par le fait que notre école, la Waring School à Beverly, Massachusetts, construit un nouveau bâtiment conçu pour être extrêmement économe en énergie. Cela a été l'occasion idéale d'étudier l'impact des bâtiments sur l'environnement.

L'équipe Brickwolves

Notre équipe aux championnats d'État. De gauche à droite; Owen Cooper, Francis Schaefer (entraîneur et professeur de physique), Peter Hanna, Adam Madeja, Charlie Pound, Olive Sauder, Amelia Wyler, Chris Douglas, Collin Keegan, Sarah Carlson-Lier (entraîneur et bibliothécaire de l'école)

Nous avons appris que notre bâtiment scolaire prévu, qui devrait ouvrir en décembre 2020, est conçu pour répondre à une norme de durabilité appelée «Maison passive». Cette norme est la norme de durabilité la plus rigoureuse au monde et exige que le bâtiment utilise 9 fois moins d'énergie qu'un bâtiment moyen. Il exige également que le bâtiment soit pratiquement scellé pour éviter les pertes de chaleur. Notre école sera la première école secondaire de la Nouvelle-Angleterre à avoir un bâtiment scolaire Passive House.

Nous étions enthousiasmés par cette idée car elle éduquerait les étudiants sur les idées générales du carbone incorporé, de la construction et des gaz à effet de serre tout en rendant le problème personnel et proche de chez eux en se concentrant sur les écoles.

Avec l'aide d'un de nos professeurs, nous avons contacté l'architecte travaillant sur notre nouveau bâtiment, Tim Lock, pour relancer notre projet. Tim est l'architecte principal chez OPAL, une firme leader de maisons passives pour les projets à échelle commerciale. Lors de notre entretien avec Tim, il a dit à notre équipe que la maison passive est la meilleure norme pour réduire le carbone opérationnel d'un bâtiment. Il a expliqué que le carbone opérationnel est le carbone qu'un bâtiment émet en raison des lumières, des appareils électroménagers, du chauffage, de la climatisation et d'autres éléments électriques. Cependant, il a également souligné que Passive House ne traite pas de l'autre 50% du carbone émis au cours du cycle de vie d'une structure, appelé carbone incorporé, les émissions associées à la construction de bâtiments, y compris l'extraction, le transport et la fabrication de matériaux.

Un rendu du nouveau bâtiment de la maison passive à Waring School.

Tim Lock nous a dit que le carbone incarné représente environ 20% d'émissions mondiales par an et est en grande partie ignoré par les entreprises et les gouvernements parce qu'il est si difficile à calculer et à résoudre. Le carbone incorporé est difficile à mesurer car il nécessite des connaissances avancées et des logiciels coûteux pour effectuer ce que l'on appelle une analyse du cycle de vie de l'ensemble du bâtiment (WBLCA). WBLCA est un module complémentaire facultatif aux applications architecturales courantes, mais son utilisation peut être déroutante et nécessite des connaissances avancées en architecture et en conception 3D. Il serait difficile pour un collégien ou un lycéen de comprendre le défi de réduire le carbone incarné en utilisant un tel outil.

Nous avons discuté avec un autre architecte qui conçoit des écoles depuis 30 ans. Il n'avait jamais entendu parler du carbone incorporé ou de la norme de la maison passive.

Nous nous sommes alors rendu compte que le carbone incorporé est un enjeu nouveau et important, mais aussi quasiment inconnu, même pour certains professionnels travaillant dans le domaine. Notre projet d'innovation pourrait aider à faire connaître le carbone incarné aux étudiants aux États-Unis et au-delà.

codage

Suzanne Strahl-Cooper et Charlie Pound travaillent ensemble sur le codage du Student Carbon Calculator.

Nous avons décidé de coder une calculatrice qui permettrait aux élèves de déterminer le carbone incarné pour leurs écoles. Nous avons nommé notre idée le Student Carbon Calculator (SCC). Nous étions enthousiastes parce que nous pensions que notre projet pourrait éduquer les étudiants en général sur le carbone incorporé, la construction et les gaz à effet de serre tout en rendant le problème personnel et proche de chez eux en se concentrant sur leurs écoles.

Nous avons imaginé des élèves se promener dans leur école, prendre des mesures et voir leur école d'une nouvelle manière. Nous voulions également qu'ils obtiennent des données et des chiffres sur le carbone incarné de leur école auprès du CCN pour leur donner des informations lorsqu'ils parlent de la question aux adultes. Enfin, nous voulions que le calculateur donne aux élèves des moyens spécifiques d'améliorer l'empreinte carbone de leurs bâtiments scolaires.

Avec l'aide de Suzanne Strahl-Cooper, une experte en développement Web qui est également la mère d'Owen, nous avons commencé à coder notre idée en réalité. Nous devions intégrer certaines données clés, y compris les valeurs des émissions de carbone incorporé des matériaux de construction typiques. Nous avons été très soulagés lorsque les membres de l'équipe Collin et Chris sont arrivés en courant dans notre espace de travail extatiques d'avoir trouvé le Base de données de l'inventaire du carbone et de l'énergie (ICE), publié par Circular Ecology, une organisation de l'Université de Bath au Royaume-Uni.

Après des heures à parcourir la base de données ICE, nous avons trouvé les chiffres dont nous avions besoin.

En utilisant les valeurs que nous avons trouvées dans la base de données ICE, nous avons créé un formulaire demandant aux étudiants des mesures spécifiques de leur bâtiment scolaire, telles que la surface carrée du bâtiment, les périmètres des pièces, les matériaux et l'épaisseur des murs. Nous avons codé une équation mathématique complexe pour calculer le carbone incorporé en utilisant les valeurs et les nombres de la base de données ICE. Nous avons travaillé de longues heures pour apprendre à coder dans une salle de conférence parfois froide, mais nous nous sommes sentis fiers alors que nos idées commençaient à se transformer en réalité et que nous comprenions les subtilités du code derrière les calculs.

Le code derrière notre calculateur de carbone étudiant

Nous avons terminé le SCC juste à temps pour notre premier tournoi FLL, le tournoi de qualification Revere. Nous avons remporté la première place en partie parce que les juges ont adoré notre application logicielle - le SCC. Ils ont dit que notre projet était «super robuste» et «responsabilisait les autres». Gagner le tournoi de qualification nous a donné une chance de participer à la compétition de championnat d'État à Newton, Massachusetts, ce qui nous a obligé à nous démener pour améliorer notre projet.

Dans la semaine entre les deux tournois, nous avons rencontré Sam Hoyo, le directeur des sciences du système scolaire d'Arlington. Elle nous a aidés à identifier comment un programme basé sur le SCC pourrait s'intégrer dans le Massachusetts Education Frameworks, les lignes directrices pour les cours dans les écoles publiques du Massachusetts. Elle nous a ensuite aidés à élaborer les grandes lignes d'un programme d'apprentissage basé sur des projets de 30 jours sur le carbone incorporé à l'aide de notre SCC. Nous l'avons fait juste à temps pour nous rendre à Newton.

purement décoratif

Owen et Chris préparent notre robot aux championnats d'État. (Photo gracieuseté des LigerBots)

La journée du tournoi d'État était passionnante mais intense, et nous étions tous nerveux. Heureusement, nous avons marqué un record du monde de 600 points dans la partie du jeu de robot de la compétition, nous avons très bien fait dans le jugement du projet d'innovation relatif au SCC, ce qui nous a permis de gagner la compétition et de gagner le droit d'aller au PREMIER Championnat du monde. 29 avril-2 mai à Detroit.

Les juges ont qualifié notre projet d'innovation de «solution innovante qui fera la différence».

Depuis notre victoire au State Championship, nous avons eu près de cinq mois pour nous préparer au PREMIER Championnat du Monde à Detroit, aux Mondiaux, nous savions donc que nous avions le temps de transformer notre plan en un programme complet. Nous avons commencé le processus compliqué (et fastidieux) de remplir le formulaire de 60 pages pour un cours de technologie et de science d'apprentissage par projet.

Avec l'aide du directeur de l'école d'Arlington, Mike Hanna, qui est également le père de Peter Hanna, nous avons déterminé comment concevoir un programme de carbone incorporé plus développé autour de notre calculatrice. Cependant, il n'y avait presque pas de ressources sur lesquelles puiser parce que personne d'autre n'avait fait ce que nous essayions de faire.

Pour autant que nous sachions, le carbone incarné n'est pas une matière enseignée par les écoles. C'est passionnant, car cela signifie que nous sommes probablement l'un des premiers à créer un programme sur le sujet.

Cependant, c'est également difficile car il existe peu de matériaux sur le carbone incorporé qui conviennent aux étudiants que nous pouvons utiliser, emprunter ou référencer.

purement décoratif

Mike Hanna travaille avec Peter, Olive et Chris à la révision du programme.

Environ une semaine après notre qualification pour les Mondiaux, Andrew Himes, ancien cadre de Microsoft et spécialiste des programmes pour le Carbon Leadership Forum, a trouvé un article en ligne sur nous dans le Temps de Gloucester, un journal local. En tant qu'activiste passionné par la réduction du carbone incarné, Andrew nous a tendu la main pour nous offrir ses félicitations ainsi que son offre d'aide. Au cours de notre première vidéoconférence avec Andrew, il a parlé de la mission du Carbon Leadership Forum de réduire considérablement le carbone incarné par la recherche, l'éducation et l'action. Il était très favorable à notre programme et a proposé de le lire lorsqu'il serait prêt.

Après de nombreuses heures de travail acharné, nous avons envoyé la première ébauche de notre programme à la critique de Mike Hanna, et nous avons demandé à l'un des enseignants de la Waring School de diriger une version condensée de notre programme dans son cours de sciences de 8e année. Nous avons pensé que nous ferions mieux de le tester!

Ce fut une expérience incroyable de voir mes coéquipiers enseigner une matière qu'ils connaissaient tellement et pour laquelle ils avaient passé tant d'heures à se préparer. J'étais très fier d'eux.

Je suis le seul élève de huitième de notre équipe FLL donc j'étais excité mais nerveux d'être un étudiant dans une classe pour laquelle j'avais aidé à créer le programme. Je savais que ce serait aussi un peu étrange, car le professeur a invité certains de mes coéquipiers à enseigner à la classe.

Il m'était interdit de répondre aux questions pour les deux premiers cours parce que j'avais aidé à créer les questions. Alors, assis tranquillement, j'ai apprécié de voir toute la classe commencer à comprendre le carbone incarné et à utiliser le SCC. J'ai vu notre travail acharné porter ses fruits lorsque le premier groupe d'étudiants a appris ce sujet important.

Chris Douglas, l'un de mes coéquipiers qui a aidé à enseigner à la classe, a déclaré: «Après avoir fait tout ce travail pour créer un programme, c'était vraiment incroyable de le voir passer de quelque chose de théorique à réellement utilisé pour aider à éduquer les étudiants et à les influencer de manière positive. . La perspective d'enseigner réellement un cours à des personnes que vous connaissez qui ont moins d'un an de moins que vous m'a semblé assez absurde au début, d'autant plus que je n'avais jamais enseigné auparavant.

Le professeur de sciences dont la classe a utilisé le CCN a déclaré: «J'ai trouvé incroyable de voir les étudiants de l'équipe passer de la recherche à l'enseignement. J'ai vu leur expertise, leurs connaissances et leur confiance; cela montre simplement que lorsque les enfants étudient en profondeur quelque chose, ils peuvent avoir une réelle expertise. C'était amusant de voir Chris et Olive négocier en tant qu'experts tout en n'ayant qu'un an de plus. Matt, un camarade de ma classe de sciences, a déclaré: «Le SCC est un excellent programme qui aidera les gens à en apprendre davantage sur le carbone incorporé»

Après le test du SCC dans mon cours de sciences, les élèves et l'enseignant nous ont fait part de leurs précieux commentaires sur la façon d'améliorer le SCC et le programme. Par exemple, ils ont vu que nous avions oublié d'inclure le carbone incarné de la fondation d'un bâtiment. Ils ont également trouvé beaucoup de fautes d'orthographe!

purement décoratif

Chris Douglas et Olive Sauder, membres de la Waring School Brickwolves, enseignent la version de dix jours de notre programme.

Actuellement, nous travaillons avec une autre école à Arlington pour voir si elle est prête à exécuter notre programme de 30 jours en cours de sciences. Nous espérons leur présenter nos idées dans les prochaines semaines.

Andrew Himes et Kate Simonen nous ont non seulement donné des ressources précieuses pour notre programme et nous ont présenté de nombreux nouveaux concepts, mais ils envisagent également d'héberger notre programme sur le site Web de la FCF. Cela permettrait à notre travail d'être vu par des gens du monde entier et répandrait l'utilisation de notre calculatrice plus loin que nous ne l'avions jamais imaginé. Sans une telle aide de la CLF, notre projet ne comprendrait que les compétitions de robotique, qui se terminent après cette année. Espérons qu'avec l'aide de CLF, nous serons en mesure de diffuser notre programme d'études dans tout le pays, et peut-être même au-delà, afin qu'il puisse être utilisé pendant de nombreuses années à venir.

Nous espérons que la prochaine fois que les membres de notre équipe participeront à une grève pour le climat, nous verrons des étudiants qui ont suivi notre cours et qui sont responsabilisés par ce qu'ils ont appris sur le changement climatique et, en particulier, le rôle important, mais sous-estimé, du carbone incarné. Nous espérons les entendre parler armés de données et d'informations spécifiques afin que les adultes soient obligés d'écouter.

Le Carbon Leadership Forum est en train de revoir notre programme pour une éventuelle publication sur le site Web du CLF. Pour en savoir plus sur notre équipe, visitez le site de notre équipe et le site Web de notre école.

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