Sciences de l’ingénieur - lyc-marseilleveyre.ac-aix ... · projet pluritechnique en fin de cycle de formation contribue à développer chez eux le goût du travail en équipe,

Sciences de l’ingénieur

Cycle terminal de la série scientifique

Orientations générales 41

IntroductionLes sciences de l’ingénieur (SI) contribuent à répondre aux besoins en compétences scien-tifiques et techniques pour concevoir, produire et maintenir les produits de notre société.Ces derniers intègrent de multiples fonctions faisant appel à différentes technologies.Pour répondre aux exigences des utilisateurs en termes de qualité, coût, délai, l’activitéindustrielle de conception et de production s’est organisée en ingénierie simultanée etconcourante, qui requiert de chacun des acteurs d’appréhender l’ensemble des fonctionsqui coopèrent au sein du produit. Dans ce cadre, la capacité à concevoir un produitnécessite la compréhension des principes qui régissent son fonctionnement, une culturepluritechnique des solutions constructives et une capacité à comprendre et expliciter leurcomportement réel.Les sciences de l’ingénieur en classe de première et de terminale scientifique poursui-vent trois ambitions :– construire des savoirs dans des grands domaines de technologie actuels ;– apprendre à conjuguer ces savoirs et savoir-faire dans des démarches structuréesd’analyse et de conception ;– intégrer la dimension sociale et humaine de la technologie lors de travaux organisésen groupes de projet.La stratégie pédagogique à mettre en œuvre, pour construire petit à petit chez l’élève ladémarche de conception, procède d’une approche progressive de la complexité desproduits et systèmes supports d’études, par l’alternance d’activités d’analyse de solutionsexistantes et d’activités de synthèse pour comprendre, faire évoluer, modifier ou créeret représenter tout ou partie d’un produit.L’organisation de la formation s’appuie sur des approches pluridisciplinaires de pro-blèmes techniques bien délimités et sur le travail en équipe des élèves. La réalisation d’unprojet pluritechnique en fin de cycle de formation contribue à développer chez eux legoût du travail en équipe, les capacités d’écoute et d’argumentation, le sens créatif etl’esprit d’innovation. La formation en SI les prépare ainsi à la poursuite d’études dansles formations d’ingénieur ou de technicien supérieur.

Intentions du programmeLa formation prend appui sur les grandes fonctions des produits actuels, qu’ils soientissus des milieux industriels ou de l’environnement quotidien des élèves.Outre la connaissance de solutions constructives, l’étude des produits et des systèmespluritechniques vise à développer une capacité essentielle pour un technicien supérieuret un ingénieur, qui est la perception de la relation « modèle-réel », aller et retourpermanent reliant étroitement le concret à sa représentation. La formation doit ainsi progressivement permettre à l’élève d’associer la solutionconstructive (existante ou imaginée et représentée) à son comportement, à l’aide desmodèles scientifiques du niveau d’un élève de première ou de terminale.L’approche proposée dans le programme s’appuie sur le concept de chaîne de fonc-tions, décliné en chaîne d’énergie et en chaîne d’information, qui constituent, avec l’ana-lyse fonctionnelle et la représentation, les axes principaux de la formation. Cette struc-turation permet d’appréhender le maillage des différentes fonctions et l’homogénéité dessolutions constructives retenues.Ainsi, les grands champs technologiques actuels : la mécanique, l’automatique, l’élec-trotechnique, l’électronique, le traitement de l’information et les réseaux de communi-cation, sont abordés dans une même logique de chaîne fonctionnelle, en dégageant lespoints fondamentaux de la formation, à savoir :

Orientations générales

– les fonctions techniques et les solutions constructives satisfaisant un besoin spécifiédans un cahier des charges ;– les modèles associés et leur utilisation pour l’étude scientifique des comportements ;– les langages et les techniques de représentation des solutions réelles ;– les outils et démarches de conception des produits.

Sciences de l’ingénieur42

Organisation de l’enseignement

Principes fondateursLe dispositif de formation proposé fait une largeplace aux travaux pratiques, tout en ménageant uneplage de deux heures hebdomadaires de cours enclasse entière. Selon le choix du professeur, cesheures de cours visent :– à la découverte des concepts et à l’acquisition desconnaissances qui en relèvent, dans le cadre d’unepréparation aux travaux pratiques ;– à des phases de synthèse des connaissances,menées dans le cadre d’un centre d’intérêt à l’issuedes activités de travaux pratiques ;– à des exercices d’application destinés à conforterune connaissance ciblée ;– à des évaluations collectives dans la logique del’épreuve écrite de l’examen.Les travaux pratiques constituent le cœur du dispo-sitif de formation. – Qualitativement, ils permettent de privilégier desactivités concrètes de découverte, de compréhension,de constatation, de manipulation et d’alternanceentre réel et modèles.– Quantitativement, le temps qui leur est consacréest important et permet de proposer un nombresignificatif de plages d’activités pratiques : environ80 plages de deux heures sur l’ensemble des deuxannées de formation, en décomptant des heuresd’évaluation et de projet pluritechnique encadré(PPE). Il est donc indispensable que les équipespédagogiques s’investissent dans leur définition etleur organisation.Pour aider à la préparation et à la mise en œuvre desTP, des cours et du projet, il est important derépondre aux questions suivantes :– Quels sont, parmi les savoirs et les savoir-fairecognitifs identifiés dans le référentiel, ceux quirelèvent le plus de situations de TP et ceux quipeuvent être abordés et transmis efficacementen cours ? Cette identification relève de la res-ponsabilité de l’équipe enseignante qui intègredans ses choix des contraintes éducatives,didactiques, techniques, matérielles, tempo-relles… – Quels sont les supports de TP les plus adaptés oules plus pertinents pour atteindre avec efficacité les

objectifs visés par l’activité pratique (type de sup-port, instrumentation…) ?– Comment articuler les activités (cours, TP, projets)durant l’année scolaire, avec quels centres d’intérêt ?Comment enchaîner les centres d’intérêt et choisirles répétitions et redondances utiles ?L’annexe 2 de ce document présente, pour chaqueaxe de formation et pour chacun des centres d’inté-rêt proposés, des thèmes d’étude qui méritent d’êtreabordés par le biais de TP.Cette approche permet aux équipes pédagogiquesde bâtir des parcours d’apprentissages efficaces etmotivants. Parallèlement aux activités d’analyse,l’approche progressive de la synthèse conduit à laréalisation d’un projet pluritechnique au cours dudeuxième semestre de l’année de terminale.Ce type d’activité s’inscrit dans la même logique quele miniprojet introduit dans le nouveau programmeISI en classe de seconde. Cette évolution importantepar rapport à l’ancien programme concrétise lavolonté de mettre en place une première esquisse dela démarche de conception. Il s’agit en particulierd’amener l’élève à :– expliciter la relation besoin-fonction ;– définir ou modifier une solution constructiverépondant à un cahier des charges ;– représenter une solution ;– quantifier des paramètres influents du comportement ;– réaliser et/ou mettre en œuvre tout ou partie d’unesolution constructive ;– travailler en équipe et communiquer.C’est dans ce type d’activité que les sciences de l’in-génieur prennent tout leur sens et induisent, par unedémarche créative, le goût de la réussite.

Axes principauxde la formationLa formation en SI repose sur quatre axes qui struc-turent les acquis. Les axes retenus, relatifs aux produitspluritechniques, sont les suivants :– la chaîne d’information (I) ;– la chaîne d’énergie (E) ;– l’analyse fonctionnelle (AF) ;– la représentation et la schématisation (R).

Organisation de l’enseignement 43


Les deux premiers axes sont abordés selon les pointsde vue suivants :– structures fonctionnelles, architectures matérielleset logicielles ;– connaissance des solutions constructives ;– comportements attendus ;– principes, règles et lois qui les régissent.Les deux derniers axes s’intègrent de façon naturelledans toute analyse d’un système pluritechnique. Ilspermettent de le justifier par une approche technico-économique structurée et de s’approprier les diffé-rents outils nécessaires à la représentation et à ladéfinition technique des solutions. Ces quatre axes correspondent à des connaissancesidentifiées dans le chapitre C du référentiel.

Centres d’intérêtet thématiques à aborderen travaux pratiquesLes activités pratiques s’articulent autour de douzecentres d’intérêt (CI) particuliers qui sont associéesaux axes principaux de la formation. Le centre d’in-térêt, qui est de nature cognitive ou méthodolo-gique, cible la préoccupation pédagogique sur uneclasse de problèmes ou de solutions technologiques.Il permet de déterminer les activités proposées auxélèves et constitue un cadre de structuration desacquis. L’identification d’un centre d’intérêt résultede l’analyse du programme (compétences et savoirs)et de l’identification de points-clés de la formation. Les centres d’intérêt permettent :– une gestion temporelle du groupe d’élèves et laconstruction de schémas de formation avec unegestion par cycle ;– d’exploiter des supports différents ;réciproquement, un même support technique peutcontribuer aux apprentissages concernant plusieurscentres d’intérêt ; ainsi, tous les élèves d’un groupen’ont pas nécessairement fait les mêmesmanipulations à l’issue du cycle, mais ils ont eu lapossibilité d’apprendre la même chose ;– de limiter le risque de parcellisation des connais-sances dans le temps, éloignant les phases de décou-verte et d’action des moments de synthèse et deconsignation des connaissances (défaut accentuélorsque le nombre de TP différents est élevé et lors-qu’ils traitent de thèmes d’étude différents) ; lorsquele professeur arrive à proposer dans une mêmeséquence de travaux pratiques des activités centréesautour d’un nombre de thèmes limités, cela réduit ladurée d’un cycle de TP, limite les phases de présen-

tation et de synthèse et rapproche les phases d’actionde celles de formalisation.La gestion des centres d’intérêt dans les cycles suc-cessifs de travaux pratiques doit prendre en compte :– les contraintes de durée (une proposition de répar-tition des durées d’enseignement est donnée dansl’annexe 1) ;– les contraintes d’antériorité entre activités ; en par-ticulier un même centre d’intérêt peut être présentdans des cycles successifs mais avec des compétencesvisées ou des degrés d’approfondissement progressi-vement plus importants ;– les contraintes matérielles touchant aux objets,systèmes, appareillages divers et environnementinformatique disponibles.En identifiant quelques centres d’intérêt choisis pourleur pertinence et leur opérationnalité, l’équipepédagogique pourra choisir de bâtir des parcours deformation structurés et dynamiques fondés à la foissur une alternance et une association des centresd’intérêt traités, et sur une progressivité des appren-tissages proposés dans chaque CI. Pour aider les professeurs dans cette tâche, chaquecentre d’intérêt est accompagné d’une liste de thèmesfondamentaux à traiter lors de travaux pratiques, demanière isolée ou en association avec d’autres. Le document d’accompagnement propose douzecentres d’intérêt présentés dans le tableau récapitu-latif ci-après et associés aux thématiques d’activité.Les thématiques qui doivent faire l’objet de tra-vaux pratiques spécifiques d’approfondissementplus importants que la moyenne sont repérés par unastérisque (*).Cette proposition ne préjuge pas de l’évaluation etpeut parfaitement être modifiée dans la pratique.Elle se veut simplement une aide à l’organisation desapprentissages durant les deux années et l’ajout d’unou deux points par dédoublement de quelques-unesdes propositions est envisageable pourvu qu’il soitformalisé et qu’il résulte d’une réflexion de l’en-semble de l’équipe pédagogique.En effet, si un TP doit viser un ou plusieurs objectifsd’apprentissage, il doit aussi s’intégrer dans undispositif technologique plus large qui le justifie etlui donne du sens. Certains thèmes feront appel àplusieurs TP pour atteindre l’ensemble des objectifset il sera souvent nécessaire, sur l’initiative del’équipe pédagogique, et pour une mêmethématique, de renouveler certains TP avec dessupports différents pour asseoir progressivement lesacquis des élèves.La liste ne préjuge en rien de l’ordre dans lequel ilsseront effectués.


Tableau 1 : Thématiques de TP à réaliser

Approche externe de l’analysefonctionnelle : le CdCF

Approche interne de l’analysefonctionnelle : le FAST

Architecture fonctionnelle deschaînes d’information etd’énergie, frontières et flux

L’identification du besoin d’un produit, de ses fonctions deservice et de son cahier des charges fonctionnel

L’architecture fonctionnelle d’un produit, ses fonctions techniques, et les flux (physique, énergie, information) quiconditionnent son fonctionnement

La notion de frontière de description et la typologie desentrées et des sorties

AF 1

AF 2

AF 3

Élaboration des schémas deprincipe

Élaboration des schémas cinématiques, architectural ou technologique

Élaboration des schémas électriques

Élaboration des schémaspneumatiques

Représentation d’une pièce etarbre de construction

Représentation d’un mécanisme et arbre d’assemblage

L’investigation sur unemaquette numérique

Le croquis plan et perspectif àmain levée

Le décodage de dessins 2D

La traduction par un schéma non normalisé d’un principe,d’une solution constructive observée

Le codage normalisé de tout ou partie d’un système pouranalyser ses mouvements, son architecture, ses composants

L’observation et le décodage d’un circuit de puissance électrique et sa représentation normalisée symbolique

L’observation et le décodage d’un circuit pneumatique et sareprésentation normalisée symbolique

L’observation et l’identification de contraintes fonction-nelles d’un sous-ensemble réel et leur influence sur l’arbrede construction d’une pièce

L’observation et l’identification de contraintes fonctionnelles d’un sous-ensemble réel et leur influence sur les contraintes d’assemblage et l’arbre d’assemblage

L’exploitation des fonctionnalités basiques du logiciel pour :– extraire des pièces ou sous-ensembles en fonction d’unbesoin spécifique – rechercher des limitations de fonctionnement – expliquer le fonctionnement d’un système

L’intérêt et une maîtrise relative des croquis à main levéenon normés pour exprimer une idée, un principe, préparerune construction

Les principes du codage 2D normalisé ; décoder de manièreunivoque un plan 2D d’ensemble et de définition, interpré-ter correctement une cotation ISO simple

R 1

R 2*

R 3

R 4

R 5*

R 6*

R 7*

R 8

R 9

Axe Thématique Contenu global associé

CI-1 : Fonctionnalité, architecture et structure d’un système pluritechnique

CI-2 : Représentation et schématisation

• • •


Structure et fonctionnementd’un moteur à courantcontinu à vitesse variable

Structure et fonctionnementd’un moteur asynchrone

Structure et fonctionnementd’un actionneur linéaire

Le principe de fonctionnement, de construction et de pilotage d’un moteur à courant continu devant fournir une vitesse variable

Le principe de fonctionnement, de construction, de commande, de protection d’un moteur asynchrone

Le principe de fonctionnement, de construction et de pilotage d’un actionneur linéaire devant fournir un effortdonné

E 1

E 2

E 3

CI-3 : Motorisation, conversion d’énergie

Étude de la fonction : assemblage

Étude de la fonction : guidage en translation

Étude de la fonction : guidage en rotation

Modélisation des assemblagesmécaniques

Les principales solutions constructives de liaisons complètes,démontables et permanentes, standardisées et spécifiques

Les principales solutions constructives de guidage en translation, standardisées et spécifiques

Les principales solutions constructives de guidage en rotation, standardisées et spécifiques

Le principe du passage du réel au modèle cinématique d’unassemblage, comportement local et mobilité d’une liaison

E 8

E 9 *

E 10 *

E 14

CI-4 : Guidages et assemblages

Étude de la fonction transmis-sion de puissance entre arbresparallèles

Étude de la fonction transfor-mation de mouvement

Mouvements de solides plansur plan

Simulation du comportementmécanique (cinématique) d’unsystème

Le principe de transmission de puissance (géométrie,couple, vitesse, pertes) sur le cas particulier d’un mécanismeintégrant des arbres parallèles

Le principe de transformation de mouvement (géométrie,trajectoires, vitesse, accélérations) sur le cas particulier d’unmécanisme intégrant un mouvement plan

Les concepts de trajectoire, de vitesse et d’accélération, demodélisation vectorielle pour un mouvement particulierplan sur plan

Le fonctionnement et le dimensionnement d’un mécanismepar simulation informatique à partir d’un modèle

E 11

E 12 *

E 15 *

E 17 *

CI-5 : Transmission de puissance, transformation de mouvement

Principe de l’isolement etétude de l’équilibre statiqued’un solide

Sollicitations et déformationsélastiques d’un solide

La modélisation vectorielle des efforts, la notion d’isolement d’un solide dans un mécanisme et le principed’un solide en équilibre statique

Les concepts de sollicitations simples, des déformationsassociées et des exemples d’utilisation techniques classiques(ressorts)

E 13 *

E 18

CI-6 : Comportement statique et élastique des solides

• • •


Simulation du comportementmécanique sous charge d’unepièce

Les rôles des formes, des dimensions, du matériau d’unepièce simple par simulation informatique du comportementsous charge à partir de sa maquette numérique

E 19

Architecture, puissance etrendement d’une chaîned’énergie

Chaîne d’énergie directe etinverse : réversibilité

Étude dynamique d’un solide(translation et rotation)

L’existence et la transformation de différentes formesd’énergie, leur dégradation et la relation entre énergie et puissance

Le principe de la réversibilité mécanique étudié sur unmécanisme intégrant un système ou un composant approprié et le principe de la dissipation de l’énergie en chaîne inverse

Comportement dynamique d’un solide isolé en rotation autour d’un axe fixe ou en translation

E 4 *

E 7

E 16

CI-7 : Comportement dynamique et énergétique des systèmes

Liaison entre la chaîne d’éner-gie et la chaîne d’information

La modulation de l’énergie(liaison avec la chaîne d’information)

La commande de la chaîned’énergie

Comportement réel d’un système pluritechnique

Les relations et connexions entre chaînes d’information et d’énergie, d’un point de vue interface de puissance

Les relations et connexions entre chaînes d’information et d’énergie d’un point de vue commande de la modulationde l’énergie

Les relations entre chaînes d’information et d’énergie d’unpoint de vue interface de commande avec la puissance

Les écarts entre le comportement spécifié d’une commandeet un comportement réel observé

E 5

E 6 *

I 5 *

I 13 *

CI-8 : Pilotage, contrôle et comportement d’un système pluritechnique

Transformation d’unegrandeur physique à mesureren une grandeur mesurablepar détecteur TOR

Transformation d’unegrandeur physique à mesureren une grandeur mesurablepar capteur à sortieanalogique ou numérique

Les principales solutions de transformation d’une grandeurphysique à mesurer en une grandeur mesurable par détecteur TORLes contraintes de compatibilité d’une chaîne d’acquisitionavec une chaîne d’information

Le conditionnement du signalLe traitement des signaux numériques en sortie du capteur

I 3

I 4

CI-9 : Acquisition et conditionnement des informations

Structure et principe de fonctionnement d’un automate programmableindustriel

Les structures matérielles et les spécificités de fonctionnement des API dans le contexte du contrôle de processus industriels

I 1

CI-10 : Traitement de l’information

• • •

• • •

Utilisation des niveauxtaxonomiquesS’il n’était pas limité par des niveaux taxono-miques, le programme de SI aurait une dimensiontelle qu’il pourrait convenir à des formations supé-rieures. La prise en compte de ces niveaux d’ac-quisition et de maîtrise est donc un élément déter-minant pour la construction de la formation ensciences de l’ingénieur.La difficulté, pour l’élaboration des séquences d’en-seignement, est relative au degré d’approfondisse-ment qu’il y a lieu d’effectuer par rapport à unsavoir ou un savoir-faire. Dans le cadre du bacca-lauréat S-SI, quatre niveaux ont été retenus :

Niveau 1 : niveau de l’informationL’élève sait de quoi il parle. Il peut donc parexemple identifier, reconnaître, citer, éventuelle-

ment désigner un élément, un composant sur unereprésentation ou au sein d’un système. À ceniveau, l’élève n’est pas capable d’expliquer, nid’associer un réel à une de ses représentations.

Niveau 2 : niveau de l’expressionCe niveau est relatif à l’acquisition de moyensd’expression et de communication en utilisant leregistre langagier de la discipline. Il s’agit à ce niveaude maîtriser un savoir. L’élève doit « parler » del’objet de l’étude en expliquant par exemple unfonctionnement, une structure, etc.

Niveau 3 : niveau de la maîtrise d’outilsCette maîtrise porte sur la mise en œuvre detechniques, de règles et de principes en vue d’unrésultat à atteindre. C’est le niveau d’acquisition desavoir-faire cognitifs (méthode, stratégie…). Ceniveau permet donc de simuler, de mettre en œuvre


Structure et principe de fonctionnement d’un système àbase de carte à microprocesseur

Les systèmes numériques :mise en œuvre d’un micro-contrôleur

La structure matérielle et les spécificités des systèmes à basede microcontrôleur

La notion de réutilisation. Composants logiciels réutilisables dans un langage de haut niveauLa lecture de la traduction d’une partie d’un algorithme enlangage de haut niveau

I 2

I 11

Les systèmes logiques combinatoires

Systèmes logiques séquentiels :la fonction mémoire

Systèmes logiquesséquentiels : les fonctionscomptage et retard

Systèmes logiquesséquentiels : Grafcet

Systèmes numériques :implantation d’un algorithmeen langage littéral structuré

La commande combinatoire de systèmes simples ainsi queles représentations associées

La fonction mémoire et les technologies associées : réalisations logicielles et matérielles

Les boîtes fonctionnelles comptage et retard ainsi que lescaractéristiques d’évolution temporelle des entrées/sorties de ces opérateurs

La description de comportements séquentiels par l’outilGrafcet. Son utilisation et sa mise en œuvre

Les bases de l’algorithmique appliquées à des systèmes ainsique la mise en œuvre de programmes de commande de processus simples

I 6 *

I 7 *

I 8 *

I 9 *

I 10

CI-11 : Systèmes logiques (traitement combinatoire et séquentiel) et numériques

La communication de l’information

L’architecture d’un réseau de communication ainsi que sa configuration (adressage) Les contraintes de compatibilité des constituants interconnectés

I 12 *

CI-12 : Communication et réseaux

• • •


un équipement, de réaliser des représentations, defaire un choix argumenté, etc.

Niveau 4 : niveau de la maîtrise méthodologiqueIl vise à poser puis à résoudre les problèmes. Il cor-respond à une maîtrise totale de démarche en vued’un but à atteindre.Le programme de SI n’a pas, en terme de savoirs,d’objectifs de niveau 4.Il est clair que si chacun des niveaux contient le pré-cédent, il faut être attentif à ne pas dépasser les exi-gences attendues. Les évaluations à conduire ne seréfèrent, pour cette formation, qu’aux niveaux 2 et 3pour lesquels elles sont aisées à concevoir.Les niveaux taxonomiques précisés dans le pro-gramme officiel, rapprochés du tableau de l’an-nexe 1, permettent de construire les TP et les courset d’organiser la progressivité des apprentissages.En effet, ils sont un indicateur précieux pour :– déterminer la durée de chaque apprentissage (plus leniveau est élevé, plus il faut y consacrer de temps) ;– choisir et organiser les redondances utiles (plus leniveau est élevé et plus il faudra revenir sur laconnaissance ou le savoir-faire visé).Le niveau détermine aussi, pour partie, le choix dessupports et systèmes : en effet, plus il est élevé et plusla variété des situations proposées aux élèves, et doncsouvent celle des systèmes supports, devra être impor-tante si l’on veut soutenir l’intérêt des élèves et limi-ter la lassitude qui peut s’installer lors d’une utilisa-tion par trop répétée d’un même système technique.

Planification des activitésL’approche pluritechnique d’un système exige lamobilisation simultanée de savoirs et de savoir-faire relatifs à plusieurs domaines de technologie.Il est donc important que les élèves puissent trou-ver un professeur capable de répondre à leursattentes quelles que soient les tâches qu’ils mènent.Lorsque l’enseignement est assuré par deux ensei-gnants de sciences de l’ingénieur, il est conseilléd’accueillir une classeentière dans un site uniqueen présence des deuxenseignants, sur une plagede quatre heures consécu-tives de travaux pratiques.Dans tous les cas, l’éva-luation sera unique et nefera l’objet que d’uneseule note et d’une seuleappréciation sur le bulle-tin scolaire de l’élève.

Les activités de travaux pratiques sont à privilégiersur des durées de 2 heures (soit deux TP courts parplage de 4 heures). Cette durée, relativement courte,induit la création de TP conçus pour une mise enœuvre rapide des équipements et pour atteindredirectement un objectif d’apprentissage. Ce choixprésente les avantages suivants :– l’objectif de formation est ciblé et souvent unique ;– l’estimation du niveau d’acquisition de cet objectifest simplifiée ;– l’élève identifie son apprentissage et évalue saperformance ;– l’activité proposée est courte, précise etdynamique.Par contre, dans certaines activités pratiques (inter-ventions physiques sur le système, configurationmatérielle, tests de programme, etc.), la durée de2 heures est trop courte et le professeur doit pouvoirproposer des plages de 3 heures.Afin de disposer de plages de durées variables de2 à 3 heures consécutives pour la mise en œuvre decertains travaux pratiques, tout en conservant lapossibilité d’activités pratiques de deux heures etpour faciliter l’organisation des activités de TPE(travaux personnels encadrés) et de PPE (projetpluritechnique encadré), il est proposé de planifierles 8 heures d’enseignement de SI sur deux plagesnon consécutives de 4 heures, permettant de pré-voir :– 2 heures de cours en classe entière (un professeur) ;– 6 heures d’activités pratiques de SI en classe entière(deux professeurs) respectant une moyenne annuellede 4 heures de travaux pratiques sur une plage, soitde 4 heures consécutives, soit de 2 heures de TPE oude PPE, selon le cas.Le tableau 2 illustre des configurations possibles deplanification des activités (associant les TPE en pre-mière et le PPE en terminale) selon les besoins péda-gogiques du moment. Ce mode de fonctionnementsouple et variable impose d’informer les professeursdes enseignements généraux associés aux TPE etéventuellement au PPE des plages horaires de travaildes élèves et du rythme des alternances.

Cours de SI : 2 h TPE ou PPE : 2h TP : 2h TP : 2h

Cours de SI : 2 h TPE ou PPE : 2h TP : 3h Syn :1h

Cours de SI : 2 h TPE ou PPE : 2h TPE ou PPE : 3h Syn :1h

Cours de SI : 2 h TPE ou PPE : 2h TPE ou PPE : 2h

Tableau 2 : Exemples d’organisations des séances d’activités pratiques

Les travaux pratiques 51

Les travaux pratiques

Ce document traite de deux aspects importants etcomplémentaires des travaux pratiques à mettre enœuvre dans la formation en SI : – leur pertinence d’un point de vue pédagogique,en proposant une typologie des activités pratiquesselon des objectifs pédagogiques identifiés ;– les supports techniques sur lesquels ils s’appuient,qui constituent l’équipement des laboratoires et quidoivent être choisis avec attention pour répondreaux objectifs précédents.

Typologie des travauxpratiquesLes activités de travaux pratiques ont, dans lesenseignements de SI, une quadruple vocation :– la découverte et la construction d’une représenta-tion d’un savoir nouveau ;– l’application et la mise en œuvre de savoirs etsavoir-faire à des situations variées dans une logiquede consolidation des connaissances qui imposeredondance et récurrence des apprentissages ;– la recherche et la validation des solutions tech-niques dans le cadre du projet pluritechniqueencadré ;– l’évaluation de compétences attachées aux activitéspratiques.Cette classification montre que le terme « tra-vaux pratiques » recouvre une grande variété desituations pédagogiques, qui peuvent toutes êtrepertinentes à un instant donné, mais qui doiventêtre adaptées à la situation de formationenvisagée.Dans cette formation les TP sont systématiquementassociés à :– un support technique réel, représentatif de l’étatactuel des techniques, donc porteur de sens pourles élèves et qui participe à l’augmentation de leurculture des solutions constructives ;– une problématique technique réaliste, donnantdu sens aux apprentissages ;– un aller et retour systématique entre le fonction-nement réel et les modèles scientifiques et techniquesutilisés pour l’expliquer et justifier son comporte-ment et ses performances.

Appréhender un savoir nouveau

Dans ce cas, l’élève est en situation de découverte. Il ne connaît pas le concept proposé, n’en a pasde représentation mentale juste ou en a unereprésentation incomplète. La ou les activitésproposées vont lui permettre de découvrir uneconnaissance attachée à :– une loi, une règle, un principe ;– une méthodologie, une procédure ;– une architecture, une solution constructive. Cette mise en situation concrète et motivante permetau professeur d’engager ultérieurement des appro-fondissements scientifiques et technologiques fondéssur une réalité observée. Il est évident que cette pre-mière rencontre avec un concept ou une solution estfondamentale et qu’elle doit installer dans la pen-sée de l’élève des notions pouvant être limitées maisjustes.Le rôle de ce type de travail pratique estfondamental pour la présentation de conceptsrelevant de procédures de fonctionnement, deconstatation des effets d’une loi, d’une règle, d’unedémarche. De plus, il installe les bonnesreprésentations mentales des phénomènes, ce qui estindispensable à la compréhension fine et à lamémorisation des lois et des principes qui sontassociés aux problèmes techniques abordés.

Mettre en œuvre savoirset savoir-faire

Après avoir découvert et approché un concept, leprofesseur propose à l’élève d’approfondir saconnaissance et sa maîtrise opératoire au traversd’une activité concrète menée en autonomie com-plète ou partielle (travail seul, en binôme, enéquipe…). L’action proposée s’appuie sur dessavoirs formalisés antérieurement et permet, dansun cadre souvent convivial et propice au dialogueentre élèves et avec le professeur, de lever des ambi-guïtés, de corriger des incompréhensions, de com-pléter et d’approfondir des connaissances dans uncontexte technologique fort qui donne du sens àcette activité.


Pour être efficace, ce type de travail pratique doit :– s’appuyer sur un produit réel, sur la résolutiond’une problématique technique pertinente et intégrerl’alternance entre réel et modèle ; cette approchedonne du sens aux apprentissages et évite descomportements d’élèves qui viseraient d’abord à« répondre à des questions », sans percevoir lestenants et aboutissants technologiques de leurtravail et sans dégager ni consigner desconnaissances particulières ;– favoriser l’autonomie de réflexion des élèves etleurs capacités de propositions ; il ne suffit pas deproposer un document de guidance fort, de décom-poser à l’extrême le problème posé, de se satisfaireque le TP soit terminé dans le temps imparti et avecle maximum d’autonomie des élèves, pour affirmerqu’il aura été formateur. Il apparaît donc indispensable de trouver dans cetype de travail pratique son objectif premier quiest :– pour le professeur, de dégager les points de blocageet d’apporter en temps réel des propositions deremédiation en mobilisant les savoirs et savoir-fairedans des situations différentes, dans une logique deredondance aidant à la consolidation ;– pour l’élève, de travailler dans un contexte tech-nique réel qui lui donne envie de comprendre et deréussir.

Rechercher et validerdes solutions techniques

Cette activité particulière est proposée dans le cadredu projet pluritechnique encadré.Dans les démarches industrielles de conception, ils’agit de répondre à une demande technique expri-mée et formalisée (spécification du besoin, cahier descharges), en mettant en œuvre une démarche àcaractère professionnel, garantissant la qualité de laprestation et de sa production.Dans le cadre du projet pluritechnique encadré, lesactivités attendues peuvent correspondre en partie àcette approche lorsqu’un certain nombre de condi-tions sont réunies, comme :– l’assistance technique et organisationnelle duprofesseur, qui doit être ici importante ;– le niveau de technicité attendu, qui doit resterlimité et réaliste ;– la résolution d’un problème concret et motivant,qui amène les élèves à se dépasser collectivement età atteindre ponctuellement des niveaux de perfor-mance élevés.Ces travaux pratiques particuliers permettent demettre en œuvre tous les outils techniques appré-hendés en cours de formation (analyses, simulationdes comportements, programmation, agencement decomposants, câblages, outils de représentation, etc.)

dans une logique de conception et de travail enéquipe.

ÉvaluerLa formation en SI faisant une large place auxsavoir-faire cognitifs, il est indispensable de lesévaluer dans des phases spécifiques, dans la logiquede l’épreuve d’examen. Cette prise en compteparticulière présente également l’avantage de ne pasmélanger dans une même phase des activités deformation (durant lesquelles les élèves ont un droità l’erreur qui doit être utile à la consolidation dessavoirs) et des activités d’évaluation sommativefondées sur un contrat explicite passé entre élève etprofesseur.Il revient donc à l’équipe enseignante d’identifier lessavoir-faire cognitifs relevant de ces évaluations etde proposer des activités d’évaluation courtes(2 heures), ciblées et supportées par des produitsdu laboratoire de sciences de l’ingénieur.

Typologie des supportsde travaux pratiques

Les applications et expérimentations nécessaires àl’appropriation des connaissances sont conduites aulaboratoire sur des équipements retenus pour leurreprésentativité, leur modernité et leur pertinencepédagogique. Le programme de SI ouvre largement l’éventail dessupports d’étude possibles.En complément des systèmes de production auto-matisés (généralement de conditionnement et demanutention), déjà largement présents dans les labo-ratoires, il intègre maintenant les objets pluritech-niques de l’environnement quotidien de l’élève,représentatifs des techniques actuelles, qu’ils soientou non automatisés.Les supports de travaux pratiques peuvent êtreclassés selon deux approches complémentaires :– en fonction de leur utilisation initiale, ce quipermet aux équipes enseignantes d’essayer derespecter un équilibre entre les différentes famillesde produits représentées dans les laboratoires ;– en fonction des aménagements didactiques, quipeuvent être inexistants, limités ou conséquents etcomplexes.

Classification des systèmessupports de travaux pratiques

Le tableau 3 propose une classification possible desfamilles de supports disponibles sur le marché desproduits pédagogiques et les caractérise selon descritères techniques et pédagogiques.

Les travaux pratiques 53

Adaptation des supports auxactivités de travaux pratiques

À partir de leur état commercial, les supports sontmis à disposition des élèves dans des configurationsadaptées aux objectifs pédagogiques.

Les systèmes sans adaptation particulière Il s’agit alors de systèmes simples, accessibles, nondangereux, qui fonctionnent manuellement (pasd’énergies dangereuses ou à très basse énergie et àdynamique lente), dont on peut mesurer les perfor-mances très simplement à l’aide d’instruments clas-siques portables (ampèremètre, voltmètre, oscillo-scope, dynamomètre, tachymètre, règle graduée,comparateur, manomètre…).Ces supports sont intéressants car ils sont en géné-ral peu coûteux et peuvent participer activement au

développement de la culture technique des élèvesen :– permettant d’augmenter le nombre de systèmesdécouverts et étudiés sur un cycle de formation ;– illustrant simplement des solutions constructivesindustrialisées et compétitives, par le montage et ledémontage si cela est possible, l’identification descomposants ;– facilitant la découverte concrète de base sur lesmatériaux, les composants, les procédés… par letoucher, la manipulation directe ;– privilégiant les activités laissant une large initiativeaux élèves, exigeant des manipulations de mesuressimples mais indispensables.Parfois, cette configuration vient en complément dumême système instrumenté plus important, qui,pour des raisons de sécurité, n’autorise pas un accèsdirect au produit en situation.

Tableau 3 : Classification des supports de travaux pratiques

Systèmes deproduction debien ou de service

Systèmesd’assemblage et deconditionnement

Systèmes demanutention

Systèmes« fermés » pré-programmés

Systèmesprogrammables

Études descomportementsd’un actionneur

Générateur, transformateurd’énergiePompe solaireSystèmes de contrôled’accès

Systèmes de remplissageAppareils portatifs,outillagesSystèmes de positionnement

Systèmes de convoyageSystèmes de tri de piècesSystèmes d’assemblageSystèmes de contrôleCommande d’axe

Périphériques de micro-informatiqueSystèmes embarquésSystèmes de transportsSystèmes immotiquesAppareils électroménagers

Robots domestiquesSystèmes de loisirs et desportsAppareils associés à lamicro-informatique,l’audiovisuelJouets scientifiques

Banc d’étude d’un vérinpneumatiqueBanc d’étude d’unemotorisation électrique

Avantages :– partie opérative à structure simple – chaînes d’énergie et de commandesidentifiables et ouvertes – intégration des fonctions limitées – programmation accessible et adaptée àune variété de tâches – interface homme-machine explicite

Inconvénients :– image peu représentative de la technologiequotidienne des jeunes

Avantages :– image très représentative des technologiesactuelles – programmation accessible et adaptée à destâches spécifiques

Inconvénients :– partie opérative à structure parfoiscomplexe – intégration élevée des fonctions – chaînes d’énergie et de commandes peulisibles – interface homme/machine limitée

Produits dédiés à un apprentissage précis,permettant des activités pratiques dedécouverte, d’analyse et de formalisationdes connaissances

Produitsindustriels

Produitsgrand public

Produitsdidactiques

Familles de systèmes Exemples Caractéristiques(liste non exhaustive)

• • •


Les systèmes didactisésIl s’agit de rendre possible l’utilisation etl’investigation des élèves dans un systèmetechnique, un sous-système, un composant.Certains systèmes sont dangereux (risques decoupure, de coincements, de chocs électriques)et sont conçus pour protéger leurs utilisateurs…ce qui empêche généralement les élèves d’accéderà l’observation, la mesure, l’analyse dufonctionnement, etc. Pour être utilisés dans lelaboratoire ces systèmes sont donc aménagés(protections particulières, sorties de mesuresdéportées, pièces transparentes, assemblagescoupés, pièces usinées à de nouvellesdimensions…).Dans d’autres cas, la didactisation permet deprivilégier l’étude d’un sous-système particulierqu’il faut replacer dans son contexte. Le produitpeut alors être simplifié, maquettisé de façon àjustifier le rôle et l’étude du support de formation.Lorsqu’il faut étudier un composant ou une famillede composants, il est parfois intéressant de mettrece dernier dans une ou plusieurs situations defonctionnement pour expliciter certaines de sescaractéristiques, en lien avec la documentationindustrielle.

Les systèmes instrumentés Il s’agit de systèmes dont l’étude nécessite une mise ensituation précise, pour investiguer des lois d’entrée-sor-tie particulières, exigeant une instrumentation fixe etpréréglée. Cette instrumentation est parfois lourde etconduit à des systèmes fermés, peu flexibles, conçuspour répondre à des activités identifiées. Ces systèmesintègrent souvent un interfaçage vers un micro-ordi-nateur pour permettre la saisie des informations demesure, leur traitement et leur présentation. Ils doiventégalement être complétés par la mise à disposition desous-systèmes d’étude complémentaires facilitant ladécouverte et la compréhension des constituants.Globalement, dans un laboratoire de sciences de l’in-génieur, aucune configuration de système n’est pré-pondérante sur les autres ; elles sont complémentaires,associables et doivent répondre à des objectifs péda-gogiques de formation scientifique et technologique.Il sera possible de trouver des mécanismes simples, nondidactisés et non instrumentés à coté de systèmes plusimportants, didactisés ou instrumentés qui, à cause deleur capacité à réaliser un maximum d’activitéspertinentes, pourront être en nombre significatif (ilrestera à vérifier que ces systèmes onéreux etcomplexes offrent un nombre suffisant d’exploitationspour justifier leur coût).

Platines de testsd’une famille decomposantsÉtude d’unconcept, d’une loi

Platine de câblage decommande d’un actionneurPlatine de tests de capteursAppareil permettant lamatérialisation des effortsdans une liaisonPince photo élastique Banc de traction-flexion

Familles de systèmes Exemples Caractéristiques(liste non exhaustive)

• • •

L’approche système 55

L’approche système

Dans la continuité de l’ancien programme detechnologie industrielle, afin d’aider nos élèves àaborder en analyse et en conception des produits etsystèmes pluritechniques souvent complexes,l’approche globale et structurée a été privilégiée.L’approche système donne en effet les outilsconceptuels utiles en SI à toute démarche d’analyseet de conception, qui se doit d’être rigoureuse etqui nécessite de structurer sa pensée.La fonction principale de tout système pluritech-nique étudié en SI est d’apporter une valeur ajoutéeà un flux de matière, de données et/ou d’énergie.Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemblede procédés élémentaires de stockage, de transportet/ou de traitement est mis en œuvre pour apporterla valeur ajoutée au(x) flux entrant(s).On peut distinguer au sein des systèmes pluritech-niques deux parties, l’une agis-sant sur les flux de données,appelée chaîne d’information,l’autre agissant sur les flux dematières et d’énergies, appeléechaîne d’énergie.Les évolutions les plus notables,ces dernières années, portent sur ledéveloppement de la chaîne d’in-formation, son élargissement etson intégration dans les réseauxmondiaux. Cette évolution irré-versible est intégrée dans les ensei-gnements de SI. Par ailleurs, ellepermet d’illustrer la variété desniveaux de hiérarchies décision-nelles utilisés dans le pilotage dessystèmes (du pilotage temps réel automatique auplus près des actionneurs, au pilotage à distancesur décision humaine).

L’approche par fonctions –analyse et synthèseL’approche pluritechnique de la technologie par lesfonctions techniques des produits a le double avan-tage d’induire simultanément les démarches d’ana-lyse (apprentissage) et de synthèse (conception), en

fournissant un cadre cognitif systématique (voirfigure 2 page suivante).Lors de l’apprentissage, l’élève « transforme le pro-duit en connaissance ». Il mémorise l’architecture etles flux (information, énergie et matières) avec unecompréhension globale du fonctionnement géré parla succession des fonctions. Puis, par l’étude desfonctions techniques, il assimile simultanément dansun cadre cohérent les solutions constructives quiles réalisent et les principes de comportement quigèrent leur fonctionnement réel.En projet de conception, partant du concept de pro-duit, traduit par exemple par le diagramme FAST,il devient ainsi capable de mobiliser ses acquisstructurés pour la recherche de la solution adaptéeà chacune des fonctions techniques, et l’étude deson fonctionnement avec son dimensionnement.

L’approche globale des systèmes, en vue de leur ana-lyse ou de leur conception, conduit à distinguer deuxentités génériques :– la chaîne d’information (qui transfère, stocke,transforme l’information) ;– la chaîne d’énergie (qui transforme l’énergie et per-met d’agir sur le système physique), chacune décomposée en un nombre limité de fonc-tions techniques principales, qui fournissent le cadredes apprentissages de la formation et de la pensée ensystème. Cette structure type est représentée sur lafigure 3 (page suivante).

Figure 1. Modèle général d’un système pluritechnique.


Approches externeet interne des fonctionstechniquesPour compléter cette logique d’analyse, chacun deces deux axes principaux de la formation est proposéà l’étude des élèves selon deux niveaux.

Une approche externeElle permet de comprendre les architectures etd’expliciter le fonctionnement global en :

– identifiant, définissant, justifiant chaque fonctiond’une chaîne, sa solution constructive, ses solutionsd’adaptation ;– quantifiant les relations entre les grandeurs phy-siques d’entrée et de sortie et les interactions entreles fonctions successives par des mesures, des docu-ments techniques, des modèles, des simulations ;– identifiant et quantifiant les flux et les transfor-mations d’énergie (puissance) et d’information(nature, protocole…).Cette démarche est essentielle à la compréhensionglobale des systèmes et à l’acquisition progressive de

Figure 2. L’approche par fonctions dans les démarches d’analyse et de synthèse.

Figure 3. Les fonctions génériques présentes dans les chaînes d’énergie et d’information d’un système pluritechnique.

L’approche système 57

la culture technique des élèves. Elle ne doit pas êtresous-estimée et doit représenter une partie non négli-geable de leurs activités.

Une approche interneElle permet la compréhension du fonctionnement etle rapprochement du comportement réel avec lesprincipes, lois et modèles par des approfondisse-ments locaux en :– identifiant, définissant et justifiant la structurematérielle d’une solution constructive réalisant unefonction donnée ;– intervenant finement sur l’analyse et la vérificationd’une performance donnée, son adaptation et samodification.Cette approche interne ne concernant généralementque des constituants internes mécaniques, électriques,électroniques et informatiques, le référentiel limite defait le niveau d’approfondissement attendu (il est évi-dent que les objectifs de formation visés, le tempsimparti et le niveau d’étude ne permettent pas un trai-tement exhaustif de chaque centre d’intérêt…).

Une analyse des compétences attendues et des connais-sances associées du référentiel montre que l’analysemécanique des constituants reste globale, les compor-tements locaux ne sont pas approfondis et servent àjustifier qualitativement une solution constructive.D’autre part, il est à noter que le référentiel préco-nise une approche de l’électronique plus fonction-nelle, privilégiant les aspects logiciels et matériels.L’électronique du signal analogique, autour descomposants ou constituants élémentaires, n’est plustraitée, alors qu’elle tenait une place importantedans l’ancien référentiel. Ce choix est dicté par le haut niveau d’intégrationentre les fonctions techniques globales présentesdans une structure électronique et les composantsde plus en plus intégrés qui la composent physi-quement. Cette évolution repousse l’analyse et laconception de tels produits à des niveaux de for-mation plus élevés et rend quasi-impossibles desinvestigations physiques sur des fonctions élémen-taires, ainsi que les simulations du comportementanalogique d’une carte, qui ne sont plus d’actualité.

59

Axes principaux de la formation

La chaîne d’énergie

Le concept de la chaîne d’énergie

La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assurela réalisation d’une fonction de service dont les carac-téristiques sont spécifiées dans le cahier des charges.Repérable sur la plupart des produits et systèmesde notre environnement et des milieux industriels,elle est constituée des fonctions génériques : ali-menter, distribuer, convertir, transmettre qui contri-buent à la réalisation d’une action (voir figure 4). L’action à réaliser impose un flux d’énergie (sens etniveau) que le système doit transmettre et gérer parsa commande. Les performances dépendent descaractéristiques des divers constituants.Dans ce contexte, le programme précise les contenusdétaillés dans deux parties intimement liées : les cha-pitres B1 et B2 pour les solutions constructives et lechapitre C1 pour les principes physiques et les loisde comportement qui leur sont associés. L’étudepar les élèves d’une chaîne d’énergie intègrera doncsimultanément des contenus appartenant à cesdifférents chapitres.Cette partie du programme est à mettre en relationavec le cours de physique de première scientifique.Le programme appelle en particulier les savoirsacquis sur l’énergie potentielle ou interne depesanteur, élastique ou thermique ; l’équivalence

entre travail (ou puissance) et variation d’énergiecinétique (par unité de temps) ; les transformationsd’énergie potentielle en énergie cinétique ; lecouplage électro-mécanique et sa réversibilité ; lesnotions de conservation d’énergie (ou de puissance),de dissipation, de rendement et de bilan. De même,la vibration d’un système masse-ressort, vue enterminale, pourra être rapprochée de l’observationdes vibrations induites dans un système, les élémentsressorts pouvant être l’élasticité d’un élément destructure ou d’un contact.Il est donc souhaitable qu’une coordination étroites’établisse entre l’enseignant de sciences de l’ingé-nieur et l’enseignant de physique. En particulier, ilest très important que l’élève distingue bien com-ment les lois fondamentales abordées en sciencesphysiques autour de la mécanique du point dans dessituations idéales, se traduisent dans les comporte-ments des solides, déformables ou non, à l’intérieurdes solutions constructives qu’il découvre dans lessciences de l’ingénieur.

Les approches externe et internede la chaîne d’énergie

L’étude des chaînes d’énergie sera conduite selonles deux approches : externe et interne, ens’appuyant systématiquement sur le réel et sur sesreprésentations.


Figure 4. Chaîne d’énergie et structure fonctionnelle globale d’un système.


L’approche externe L’approche externe de la chaîne d’énergie et de sescomposants conduit à définir la nature et les formesd’énergies utilisées ainsi que leur évolution (niveaude puissance) sur le trajet du flux d’énergie. Lesnotions d’élément moteur, d’élément récepteur,d’échanges avec le milieu extérieur, de puissancestransmises et dissipées, et donc de rendement, peuventainsi être introduites. Cela doit conduire, par des observations et desmesures, à l’identification et, lorsque cela estpossible, à la quantification des paramètres d’entréeet de sortie de chacun des constituants de la chaîne.Il est essentiel d’aborder concrètement les ordres degrandeur des énergies, de la puissance, les notions depoint de fonctionnement, de rendement d’uncomposant et de rendement global d’une chaîned’énergie.La prise en compte des contraintes d’implantation,de liaison ou de connexion et de mise en œuvre descomposants de la chaîne vise à faire émerger lesnotions de compatibilité entre les constituants etd’homogénéité d’une chaîne d’énergie dans sonensemble, qui contribuent à construire les basesd’une bonne démarche de conception.

L’approche interne Cette approche s’intéresse aux solutions construc-tives réalisant les fonctions techniques qui cohabitentau sein du système étudié. Elle conduit à associer àces solutions constructives les principes physiquesmis en jeu et les modèles de comportement permet-tant : en démarche d’analyse, la détection, la com-préhension et l’évaluation des phénomènes ; enphase de projet, la recherche d’une solution, sa vali-dation et son dimensionnement.Il est donc nécessaire de développer chez l’élève, àcôté d’une indispensable et essentielle culture dessolutions constructives, une capacité à passer de lasolution réelle ou de sa représentation, à un modèleauquel on peut associer les lois et les principes quirégissent son comportement.À cet effet, le chapitre C1 précise les savoirs etsavoir-faire fondamentaux relatifs aux modèles, auxcomportements mécaniques et aux comportementsénergétiques pour constituer, en association avec lessolutions constructives correspondantes, les basesdes sciences de l’ingénieur.

Le comportement mécanique Le contenu du programme relatif au comportementmécanique s’appuie majoritairement sur le conceptde solide (statique, cinématique, dynamique). Unenécessaire sensibilisation à la déformation des maté-riaux est introduite afin d’aider l’élève à comprendrecertains phénomènes observés liés à la réalité ducomportement des structures (déformations, vibra-

tions) et le sensibiliser aux modèles de comporte-ment plus élaborés qu’il abordera lors de sa pour-suite d’études.L’outil torseur n’est pas inscrit au programme. Afinde construire chez l’élève le sens mécanique du pas-sage d’un représentant local à un représentant glo-bal, la modélisation des actions mécaniques doit sefaire progressivement, à partir d’hypothèses simpli-ficatrices sur la nature et le comportement descontacts suivant chacune des directions du repèrechoisi. Cela doit conduire au modèle global derésultante générale et de moment résultant en unpoint précis pour lesquels la représentation pardeux vecteurs colonnes peut être utilisée. Le conceptde torseur est ainsi approché sans masquer la réa-lité des contacts entre solides. Les résolutions deproblèmes de statique se limitent à des méthodesgraphiques pour les solides soumis à deux ou troisforces et à une méthode analytique dans le cas deforces parallèles. Cela afin de renforcer la réflexionde l’élève sur l’interprétation des résultats. Les casplus complexes pour la détermination des actionsmécaniques se font de manière logicielle ce qui, enparticulier, n’exige plus chez l’élève l’acquisition duconcept abstrait de changement de centre demoment, qui sera abordé à d’autres niveaux deformation, à partir des bases mécaniquesconstruites ici.

Le comportement énergétique L’approche du comportement énergétique, définiedans le chapitre C12, propose une introduction auxnotions de chaîne directe et de chaîne inverse del’énergie. Plusieurs exemples pertinents accessiblesaux élèves peuvent illustrer ces concepts, tels que laréversibilité d’un système vis-écrou à billes, le pilo-tage d’un moto-variateur soumis à une chargeentraînante…

Les solutions constructivesPour les approches externes et internes, la figure 5résume les constituants qui feront l’objet d’uneétude concrète au travers d’un cas typique de lafamille de solutions qu’il représente.

Les objectifs et la formedes activités

Les activités proposées s’appuient sur des problé-matiques techniques authentiques donnant du sensaux apprentissages visés.Elles doivent mettre l’accent sur les pointssuivants :– les transformations (en grandeur), les conversions(en nature) de l’énergie dans le système en relationavec le cahier des charges ;

61Axes principaux de la formation

– les interactions (points et grandeurs physiquesd’interfaçage) de la chaîne d’énergie avec la chaîned’information pour la commande et le contrôle dusystème ;– le fonctionnement (principes et grandeursinfluentes) de constituants de la chaîne d’énergiereprésentatifs des solutions actuelles, dont l’étudegénère l’acquisition de savoirs et savoir-fairetransférables ;– l’appréhension de solutions constructives associéesaux fonctions techniques qui coopèrent au sein dusystème ;– l’identification d’un comportement physique réel,des paramètres qui l’influencent, et l’associationd’un modèle justifié, dont les limites sont compriseset connues de l’élève.Les produits et systèmes présents dans le laboratoire,issus de l’environnement quotidien ou des milieuxindustriels, doivent être représentatifs des principalesénergies évoquées dans le programme. Les travauxpratiques et les cours s’appuient essentiellement surtout ou partie de ces produits et systèmes réels et/ou surleurs représentations informatisées sans préjudice desaides multimédias qu’il convient désormais d’utiliser.Les activités pourront prendre diverses formes :– décrire d’un point de vue utilisateur la structurefonctionnelle de la chaîne d’énergie ;– repérer et caractériser les grandeurs d’entrée et sor-tie de chaque élément fonctionnel pour justifier duchoix du sous-système ou du constituant corres-pondant ;– identifier les échanges entre la chaîne d’énergie etla chaîne d’information pour garantir un fonction-nement donné, câbler et mettre en œuvre le système ;– comparer, en les testant selon des critères fournis,plusieurs solutions constructives afin de justifier unchoix ;

– tester, régler un constituant de la chaîne, l’im-planter, puis mettre en œuvre le système dans desconditions spécifiées par le cahier des charges pouren vérifier le bon fonctionnement ;– assembler, câbler et interconnecter les constituantsd’une chaîne d’énergie, procéder aux réglages néces-saires à sa mise en œuvre ;– observer, identifier un phénomène, lui associer unmodèle, simuler informatiquement le fonctionne-ment de tout ou partie d’un constituant à l’aide d’unmodèle fourni pour valider le fonctionnement réelde la solution constructive ;– modifier tout ou partie d’une solution constructived’un constituant de la chaîne d’énergie en réponseà une évolution du cahier des charges.

La chaîne d’information

Évolution actuelle

Depuis les années 1980, l’informatique (au sens dutraitement automatique de l’information), grâce à saflexibilité et à la variété de ses applications, a pro-fondément modifié notre société. Traditionnellementréservée au calcul scientifique et à la gestion, ellecouvre aujourd’hui de très nombreux domaines :– production de documents ;– téléphonie et audiovisuel ;– automatisation pour l’exploitation des procédésindustriels et des transports ;– aide à la conception et au travail en équipe ;– échange et partage de données et d’applicationslogicielles ;– etc.L’informatisation de la commande et de la gestiondes processus industriels génère des mutations

Figure 5. Constituants faisant l’objet d’une étude concrète.


-technologiques dans les entreprises, où l’accès à l’in-formation devient essentiel : accélération du rythmede renouvellement des produits, adaptation perma-nente des gammes à la demande, coordination desactivités de différents sites industriels, implicationforte des fournisseurs et des clients, amélioration desdélais de production et de livraison, et de la qualité.Les architectures des automatismes ont aussi très for-tement évolué depuis quelques années. L’intégrationdans les produits et systèmes des nouvelles technolo-gies de l’information et de la communication seconcrétise par l’apparition de nouvelles générationsd’équipements. De plus en plus de traitements sontinclus au niveau des capteurs et des actionneurs etla décentralisation des entrées/sorties et des périphé-riques de dialogue homme/machine se développeavec l’avènement des bus de terrain. Les standardsmondiaux Ethernet et TCP-IP permettent unemeilleure intégration entre les automatismes et l’in-formatique de pilotage et de gestion, les automatesprogrammables deviennent accessibles depuisInternet pour faciliter certaines opérations de sur-veillance, maintenance, pilotage à distance.Les objets de l’environnement quotidien s’informa-tisent et deviennent communicants : automobiles,appareils électroménagers, appareils audiovisuels,agendas, téléphones mobiles, etc. Ces divers objetsinformatisés, dont la conception s’appuie sur lessciences fondamentales, sont constitués de compo-sants matériels et logiciels dont l’architecture et lefonctionnement interne ne sont plus directement etfacilement accessibles (intérieur de circuits intégrés,programmes qui les mettent en œuvre, etc.). Leprogramme de SI prend en compte cette évolutionen renforçant l’approche par fonctions techniques,qui fait référence aux caractéristiques globales etaux interfaces des composants.

Le concept de chaîned’information

Afin d’aborder l’analyse, l’exploitation et la concep-tion de systèmes de traitement de l’informationd’une grande diversité, la démarche proposée en SIs’appuie sur la notion générique de chaîne d’infor-mation définie au programme, éventuellement asso-ciée à une chaîne d’énergie pour constituer unechaîne d’action.La chaîne d’information permet :– d’acquérir des informations :• sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments

(en particulier de la chaîne d’énergie),• issues d’interfaces homme/machine ou élaborées

par d’autres chaînes d’information,• sur un processus géré par d’autres systèmes

(consultation de bases de données, partage deressources…) ;

– de traiter ces informations ;– de communiquer les informations générées par lesystème de traitement pour réaliser l’assignation desordres destinés à la chaîne d’énergie et/ou pour élaborerdes messages destinés aux interfaces homme/machine(ou à d’autres chaînes d’information).En veillant à ce que les systèmes présents dans le labo-ratoire soient représentatifs de plusieurs classes desystèmes industriels et grand public, le schéma de lafigure 6 pourra faire l’objet d’un développement dif-férent suivant le support d’étude : système decontrôle-commande à base d’automate program-mable avec une interface homme/machine, systèmeéquipé d’un microcontrôleur ou système de commu-nication.Cette représentation topo-fonctionnelle met envaleur la structure d’une chaîne d’information etles flux d’information entrant et sortant, ainsi que

Figure 6. Chaîne d’information dans la structure fonctionnelle générale d’un système pluritechnique.


les flux d’information échangés entre les fonctionstechniques acquérir, traiter et communiquer.

Les approches externe et internede la chaîne d’information

En présence du produit et d’un dossier ressources(documents techniques, bases de données construc-teurs, etc.), les approches externe et interne de lachaîne d’information permettent, pour chacunedes trois fonctions techniques acquérir, traiter etcommuniquer, l’étude des solutions constructivesassociées et de leur comportement.

Les solutions constructivesChaque fonction générique de la chaîne d’infor-mation est assurée par un ou plusieurs consti-tuants matériels et logiciels. Pour les approchesexternes et internes, le schéma de la figure 7recense, pour chaque fonction technique, lesconstituants qui feront l’objet d’une analyse oud’une mise en œuvre dans le cadre des travauxpratiques.

L’approche externeL’approche externe de la chaîne d’information per-met, par l’observation, l’analyse, la manipulation(mesures, câblages, assemblages, etc.), la mise enfonctionnement et éventuellement la simulation, demettre l’accent sur les points suivants :– les frontières entre les systèmes opérants, dedécision et d’information ;

– la structure fonctionnelle d’une chaîne d’informa-tion et l’identification des solutions constructivesassociées aux fonctions techniques ;– la typologie des informations traitées etl’identification des échanges entre les élémentsréalisant les fonctions techniques, l’approche par lesentrées/sorties permettant de rendre observable(notion de frontière de description) et de qualifierchaque fonction ;– les échanges entre la chaîne d’information et la chaîned’énergie ; la mise en œuvre d’un système de traitementde l’information, afin de le faire fonctionner, dans le res-pect d’une procédure et du cahier des charges.

L’approche interneL’approche interne s’attache à l’étude des fonctionstechniques acquérir, traiter et communiquer l’infor-mation, assurées par les constituants matériels et lesmodules logiciels qui leur sont éventuellement asso-ciés. Cette approche interne doit prendre en comptel’intégration de la fonction technique concernéedans la chaîne d’information.

Approche interne de la fonction : acquérir l’informationEffectuer une mesure, c’est déterminer quantitati-vement, par un moyen adéquat, la valeur d’unegrandeur de nature quelconque (mesurande) et l’ex-primer dans une unité appropriée. Le plus souvent,la grandeur à mesurer est traduite en une autre gran-deur, de nature électrique, pouvant ensuite êtreadaptée pour être transmise par un réseau à unsystème de traitement de l’information.

Figure 7. Fonctions génériques de la chaîne d’information et solutions constructives.


Une telle opération met en œuvre une série d’élé-ments, chacun assurant une fonction (figure 8).Selon la technologie du capteur et le type d’applica-tion, une ou plusieurs de ces fonctions peuvent êtreintégrées au capteur.Quel que soit le niveau d’intégration, on se limiteraessentiellement en SI à une caractérisation desentrées/sorties (par la mesure ou à l’aide d’unedocumentation technique) de chacun des élémentsconstitutifs de la partie acquisition. Les principes lesplus courants de transformation d’un mesurande enune grandeur mesurable peuvent être illustrés lorsdes travaux pratiques. Les quelques types de capteursretenus pour leur pertinence seront replacés dansleurs contextes d’utilisation respectifs pour atteindrel’ensemble des compétences visées par le programme.En présence des constituants d’un système d’acqui-sition, intégré ou à intégrer à une chaîne d’informa-tion, d’un dossier ressource (documents techniques,bases de données constructeurs, cahier des chargesde l’application, etc.), cette approche interne permet,par l’observation, l’analyse et la manipulation(mesures, câblages, réglages, intégration dans unechaîne d’information, etc.) de mettre en valeur :– la structure fonctionnelle d’un systèmed’acquisition et les solutions constructives associéesaux fonctions techniques ;– les caractéristiques des signaux échangés entre leséléments ;– les contraintes de compatibilité électriques(niveaux de tension) et de signal (fréquence) entre lesystème d’acquisition et le système de traitement del’information associé ;– le câblage, le réglage et l’interconnexion desconstituants d’un système d’acquisition nécessairesà sa mise en œuvre ;– les contraintes liées à l’intégration d’un systèmed’acquisition dans une chaîne d’information (type

de fonctionnement, adressage dans le cas d’une liai-son à un réseau, etc.) ;– la mise en évidence de l’effet de certainesgrandeurs d’influence ;– les critères de choix d’un capteur.

Approche interne de la fonction : traiter l’informationL’analyse d’un système de traitement de l’informa-tion, l’identification de ses propriétés, la modifica-tion de sa structure et du programme nécessaire aufonctionnement de l’application, nécessitent l’utili-sation de schémas mais aussi de modèles permettantla spécification de son comportement. Cette modé-lisation passe obligatoirement par une phase d’iso-lement nécessaire pour identifier les frontières de ceque l’on s’attache à décrire.Par ailleurs, les modèles de spécification utilisés pourdécrire un comportement dépendent de la nature(logique, analogique, numérique) des entrées/sortiesidentifiées pendant cette phase d’isolement. Lesélèves doivent être sensibilisés à l’adéquation entrela nature des entrées/sorties et le modèle de spécifi-cation comportementale retenu. Cette typologiequi apparaît dans la partie C2 du programme estillustrée figure 9 (page suivante).Les systèmes de traitement de l’information présentsdans le laboratoire sont des systèmes représentatifs del’environnement quotidien des élèves (ordinateurs,systèmes à base de microcontrôleur) et des systèmesreprésentatifs de la commande de procédés industriels(automates programmables). Les ordinateurs servi-ront essentiellement de supports aux ateliers logi-ciels d’édition des modèles de spécification, aux ate-liers logiciels conformes à la norme IEC 61131-3pour la programmation des automates program-mables et aux logiciels associés aux microcontrôleurs.L’étude des constituants de base tels que micropro-cesseurs, bus, mémoires, cartes d’E/S et coupleurs, se

Figure 8. Acquisition – Niveaux d’intégration des fonctions.


limitera strictement aux aspects fonctionnels de trai-tement. Dans le cas des systèmes commandés pardes microcontrôleurs, les langages assembleurs neseront pas traités. De même, l’apprentissage d’un lan-gage de haut niveau orienté objet n’est pas au pro-gramme. Il faut privilégier l’utilisation de langagesgraphiques permettant un passage direct et automa-tique de la spécification au programme compilé, ainsique l’emploi de bibliothèques de composants logicielsfournis avec certains microcontrôleurs pour valoriserle concept important de réutilisation.En présence des constituants d’un système de trai-tement de l’information intégré à une chaîne d’in-formation, d’un dossier ressource (documentstechniques, bases de données constructeurs, cahierdes charges de l’application, etc.), cette approcheinterne permet, par l’observation, l’analyse et lamanipulation (câblages, assemblages, paramétrages,implantation et modification de programmes, etc.)de mettre l’accent sur les points ci-dessous :– la structure fonctionnelle d’un système de traite-ment de l’information et les solutions constructivesassociées aux fonctions techniques ;– l’assemblage, le câblage, le paramétrage des consti-tuants d’un système de traitement de l’information ;– la mise en œuvre d’un atelier logiciel permettant laprogrammation d’un système de traitement del’information ;– la structure logicielle d’une application (niveaux déci-sionnels, blocs fonctionnels, fonctions, données, etc.) ;– la notion de réutilisation de composants logiciels ;– les différents niveaux de langages ;– le codage de l’information nécessaire à son traitement ;– la notion de variable, sa lecture et son affectation ;– les structures algorithmiques de choix, d’itération ;– la conformité d’un comportement observé avec laspécification comportementale.

La mise en valeur de différents niveaux décisionnelspeut se faire dans le cadre de cette approche internedes systèmes de traitement de l’information.Les différentes décisions peuvent être classifiées enplusieurs niveaux selon la portée ou l’importance del’action déclenchée (par exemple : commande d’uneaction, commande d’un enchaînement d’action,commande de l’inhibition de l’ensemble des actions,etc.). Le programme de SI privilégie les deux niveauxdécisionnels : commande des actions et contrôle etcoordination (figure 10, page suivante). Chaque niveau décisionnel fait appel à un ensembled’informations mémorisées, élaborées par d’autresniveaux décisionnels ou issues de la chaîne d’énergie(système opérant). Cette mise à disposition peutnécessiter un transfert des informations localementet/ou à longue distance.

Approche interne de la fonction : communiquer l’informationUn réseau est un ensemble de systèmes informa-tiques (ordinateurs, automates programmables,constituants informatisés, etc.) interconnectés quicommuniquent pour pouvoir partager des données,des applications logicielles et des équipements.Parmi les caractéristiques générales des réseaux :– type d’information transmise (voix, données,images) ;– type de média de communication (fil, sans fil) ;– type de réseau (longue distance, local) ;– type de commutation (à commutation de circuitsen téléphonie, par paquets pour les données).Le programme de SI se limite à l’échange dedonnées.L’étude des réseaux est conduite essentiellementsous forme de travaux pratiques selon un point devue utilisateur, car une approche théorique des

Figure 9. Adéquation du modèle de comportement utilisé en SI avec la nature des entrées/sorties.


réseaux s’avère rapidement très conceptuelle etdifficile. Le concept de couches développé dans lemodèle de référence OSI (Open SystemsInterconnection) n’est pas au programme.L’approche inductive (travaux pratiques suivis desynthèses) doit donc être privilégiée, ce quin’interdit pas un cours d’introduction (vocabulaire,notions de base).Compte tenu de la diversité des réseaux et desévolutions en cours, il est important de choisir dessupports issus du monde industriel et del’environnement quotidien des élèves, en évitantles réseaux propriétaires et en ayant lapréoccupation d’illustrer l’adéquation entre lespropriétés de ces réseaux et l’utilisation qui en estfaite (contraintes temps réel dans les systèmesindustriels, contraintes de débit dans un réseaud’ordinateurs, etc.). Les architectures les plussimples ne sont pas à négliger, la connexiondirecte par câble entre deux ordinateurs permetd’aborder simplement le partage de ressources etl’échange de fichiers. Les figures 11 et 12 (pagesuivante) montrent quelques exemplesd’architectures pouvant être exploitées dans lelaboratoire de SI.

Lorsqu’un système travaille en réseau, sesapplications doivent dialoguer avec les applicationsd’autres systèmes reliés au réseau par l’intermédiaired’une suite de protocoles. Cette suite de protocolesest un ensemble de règles reconnues par tous lessystèmes interconnectés pour effectuer les différentesopérations nécessaires à la communication. Il existede nombreux protocoles, mais on peut constaterque la suite de protocoles TCP/IP se généralise dans

les applications classiques liées à l’informatiquepour la communication ainsi que dans lesapplications industrielles pour la commande et lepilotage des procédés. Devenu un standard, le rôlede TCP/IP est d’assurer la compatibilité entre tousles logiciels supportant ces protocoles, quels quesoient les fournisseurs, les logiciels ou les matériels(interopérabilité). Parmi les caractéristiquesessentielles de TCP/IP, seul l’adressage logique (IP)sera traité au cours de travaux pratiques. Leroutage, la résolution d’adresses, le contrôle deserreurs seront évoqués uniquement pour apporterune information sur leurs rôles respectifs.En présence des constituants d’une chaîne decommunication, intégrée ou à intégrer à une chaîned’information, d’un dossier ressource (documentstechniques, bases de données constructeurs, cahierdes charges de l’application, etc.), l’approche internede la fonction communiquer permet de mettrel’accent sur les points suivants :– la structure fonctionnelle d’une chaîne de com-munication et les solutions constructives associées ;– les contraintes de compatibilité matérielles etélectriques (niveaux de tension) entre les consti-tuants, les problèmes d’interfaçage étant mis en évi-dence au travers d’activités de mesurage, decâblage et d’assemblage ;– le câblage et l’interconnexion des constituantsd’une chaîne de communication, les paramétragesnécessaires à sa mise en œuvre ;– les tests de bon fonctionnement d’une liaison.Le développement de cette partie dans le livret estjustifié par sa nouveauté. Le temps consacré à celle-ci doit rester compatible avec l’ensemble des activi-tés à mener en SI.

Figure 10. Processus décisionnel et informationnel au sein de la chaîne d’information.


Recommandations pour la miseen œuvre de travaux pratiquesrelatifs à la chaîne d’informationLes activités menées en travaux pratiques pourrontprendre diverses formes :– décrire d’un point de vue utilisateur la structurefonctionnelle d’une chaîne d’information ;– repérer et caractériser les grandeurs d’entrée et sor-tie de chaque élément fonctionnel pour le qualifier

et pour justifier du choix du sous-système ou duconstituant correspondant ;– identifier les échanges entre la chaîned’information et la chaîne d’énergie, câbler lesinterfaces en respectant les contraintes de sécurité etde fonctionnement ;– comparer, en les testant selon des critères fournis,plusieurs solutions matérielles et/ou logicielles afinde justifier un choix ;– tester, régler ou configurer un constituant de la

Figure 11. Exemples d’architectures issues de l’environnement quotidien des élèves.

Figure 12. Exemples d’architectures issues du monde industriel.


chaîne, l’implanter ou l’intégrer, puis mettre en œuvrele système dans des conditions spécifiées par le cahierdes charges pour en vérifier le bon fonctionnement ;– câbler et interconnecter les constituants d’unechaîne d’information, procéder aux réglages néces-saires à sa mise en œuvre ;– observer le comportement réel d’un système, lecomparer au comportement spécifié pour validerune solution matérielle et logicielle ou pour releverdes écarts modèle-réel ;– modifier tout ou partie d’une solution logicielle àl’aide d’ateliers logiciels d’assistance, pour répondreà une évolution du cahier des charges ou réduire unécart constaté entre un comportement attendu (etmodélisé) et un comportement réel observé.

Analyse fonctionnelleL’analyse fonctionnelle est un élément important dela démarche qui permet aux entreprises industriellesde traduire les attentes de leurs clients en solutionstechniques compétitives.Lorsqu’elle est normalisée, l’analyse fonctionnelles’intègre dans des recherches plus générales de cer-tification de la qualité (analyse de la valeur, normesISO 9000 par exemple) qui garantit le respect deprocédures visant à la qualité totale des produits etdes processus.Dans le programme de SI, l’analyse fonctionnellen’est pas envisagée sous ces aspects normatifs et cer-tificatifs. Il s’agit simplement de faire découvrir auxélèves que la satisfaction du client impose des phasesde formalisation indispensables (expression dubesoin, analyse d’un cahier des charges) et que l’ana-lyse technique d’un produit peut toujours s’appuyersur une expression cohérente de fonctions (relationsentre fonctions et solutions traduites par un FAST).Pour ces raisons, la trame structurante du programmeest fondée sur la décomposition d’un système en sesfonctions techniques, comme méthodologie d’ap-proche rigoureuse des produits indépendamment dessolutions techniques retenues. Ce centre d’intérêtfournit ainsi le cadre cognitif structurant pour appré-hender les solutions constructives aptes à réaliser lesfonctions techniques et expliciter leur comportement.À partir de ces connaissances de base vécues et pra-tiquées régulièrement, l’élève pourra aborder dansdes formations ultérieures les outils normés de l’ana-lyse de la valeur et de la gestion de la qualité.

Les approches externe et internede l’analyse fonctionnelle

L’analyse fonctionnelle externeElle exprime le point de vue du client, de l’utilisa-teur, pour qui le produit est une réponse à un besoin

dans un environnement donné, s’exprimant essen-tiellement par des fonctions de service.Pour un élève de SI, cette approche est limitée audécodage et à l’analyse des deux niveaux de forma-lisation suivants :– l’expression du besoin, qui dresse un premier bilandes attentes du client, de ses envies, et de certainescontraintes identifiables ;– le cahier des charges fonctionnel (CdCF) qui, àpartir de l’expression du besoin et après un travailexigeant de recherche et de formalisation, spécifiedes performances techniques et financières àatteindre, avec les contraintes réglementaires et envi-ronnementales à respecter, fournit des critères dechoix entre les solutions possibles.Il s’agit donc ici de mettre à disposition des élèvestout ou partie de cahiers des charges instruits par leprofesseur dans le respect des normes en vigueur (lescaractéristiques de l’analyse fonctionnelle et lecontenu du CdCF sont exposés dans les normes NFX50-100 et NF X50-151, le vocabulaire est définidans la norme NF EN1325-1) pour leur demanderde se livrer à des activités d’analyse, de compréhen-sion et de justification du produit étudié. La créationou la modification d’un cahier des charges n’est pasexigible des élèves.Le CdCF du produit étudié sera au moins renseignésur les items suivants :– besoin (services attendus, niveau d’intégration/environnement) ;– contraintes (limites de l’étude, limites dans le choixdes solutions) ;– caractérisation des fonctions de service (critères,niveaux, tolérances).Le décodage du CdCF partiel, établi par le profes-seur, devra être une activité proposée dans de nom-breux TP, tout particulièrement ceux qui concernentles chaînes d’énergie et d’information.Lors du projet pluritechnique encadré (PPE) abordéau deuxième semestre de la classe terminale, leCdCF pourra être incomplet. Le professeur guideraalors les élèves pour l’élaboration des éléments man-quants nécessaires à la concrétisation du projet pourgarantir son aboutissement.

L’analyse fonctionnelle interneElle privilégie le point de vue du concepteur, chargéde construire un produit réel à partir d’un cahier descharges donné. À ce niveau de formation, l’outil d’analyse FAST(Functional Analysis System Technique) est à privi-légier. Cet outil, qui propose une décompositionconduisant de l’expression fonctionnelle du besoinà la définition des solutions constructives, peut êtreutilisé pour des finalités différentes :– en phase d’analyse de l’existant, comme un outilde description et de mise en correspondance des

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solutions constructives avec les fonctions techniquesqu’elles réalisent dans une logique de réponse à laquestion « quelle fonction satisfait-elle ? », c’est le« pourquoi faire » ;– en phase de conception, comme un outil d’aide àla recherche puis la validation de solutions, dans unelogique de réponse à la question « quelle solutionconstructive peut-elle satisfaire ? », c’est le « com-ment faire ».Son formalisme simple aide les élèves à :– décoder la structure d’un système ;– formaliser les relations entre fonctions et solutions ;– identifier des solutions constructives ;– approcher des concepts importants (intégration defonctions, reconception, compétitivité technique…).Selon le type d’activité – acquisition de connaissancepar l’étude de solutions existantes ou projet tech-nique –, l’outil FAST pourra être utilisé, au moinspartiellement. Il constitue en effet un relais logiquetrès transversal applicable dans tous les champstechnologiques et structurant pour l’élève.Dans un premier temps, les activités pédagogiquessur l’analyse fonctionnelle interne pourront s’ap-puyer sur le FAST du produit complètement rensei-

gné, dans lequel l’élève valide la décomposition desfonctions de service en fonctions techniques et larelation fonction technique-solution.Dans ce cas, il sera intéressant de faire rechercher àl’élève quels sont les éléments structurels, qui sontdes choix de conception, directement impliqués dansla réalisation d’une fonction au sein d’une chaîne defonctionnement interne.Ce type d’exercice, qui lui permet également de véri-fier la conformité des solutions au CdCF, doit menerl’élève à appréhender la réflexion qui détermine laconception d’un produit.Une deuxième étape peut consister, lors de travauxpratiques relatifs à d’autres centres d’intérêt (tels quela chaîne d’énergie ou la chaîne d’information), àinstruire tout ou partie du FAST concernant la ou lesfonctions étudiées.En classe terminale, dans le cadre du PPE, ons’attachera à demander aux élèves :– de toujours analyser et interpréter, et de compléterdans des cas simples, le CdCF du projet pour pou-voir répondre au problème posé ;– d’utiliser tout ou partie du FAST pour justifier lessolutions constructives étudiées.


Figure 13. Limite d’action des élèves.


L’objectif est, qu’à terme, l’élève soit capable decomprendre que l’analyse fonctionnelle dans sonensemble (externe et interne) aide à la définition dela solution la mieux adaptée au besoin. La figure 13 (page précédente) décrit les acteurs pré-sents dans les activités d’analyse fonctionnelle en SIet présente les limites d’action des élèves.

Représentation du réelCet axe principal, également centre d’intérêt, intègredeux familles d’activités amenant les élèves à décou-vrir et maîtriser les bases de la schématisation et dela représentation des systèmes techniques. Lesapprentissages présentent les caractéristiques spéci-fiques suivantes :– ils peuvent s’exercer sur tous les supports tech-niques (produits, systèmes, composants mécaniques)étudiés et présents dans le laboratoire, ce qui permetde proposer ce centre d’intérêt de façon fréquente,récurrente et progressive ;– ils s’appuient systématiquement sur une approchefonctionnelle et constructive des supports utilisés,montrant ainsi aux élèves que les outils de repré-sentation ne sont pas une fin en soi et qu’ils sontindispensables à la conception, à l’analyse et à lacommunication entre techniciens ;– ils exigent une approche didactique progressiveassociée au développement de la culture des solu-tions constructives induite chez les élèves, amenantces derniers à développer leurs capacités mentales dereprésentation spatiale et plane ;– ils utilisent plusieurs logiques de représentation :• les représentations symboliques (schémas divers)

respectant des règles strictes et permettant de pro-duire un message univoque,

• les représentations analogiques (plans 2D normés)représentatifs de points de vue particuliers, «justes mais partiels »,

• les représentations numériques (maquettes vir-tuelles volumiques) qui modélisent une représen-tation nominale d’une pièce ou d’un mécanisme etproposent une interprétation quasi univoque dureprésenté.

Les représentations symboliques :les schémas

La schématisation, sous diverses formes, est un sup-port de la communication technique. Elle est utiliséeà diverses étapes du cycle de vie d’un produit oud’un système :– en phase de conception préliminaire, sous formede schéma de principe, souvent apparenté à uncroquis non normalisé ;– en phase de dimensionnement ou de simulation du

fonctionnement, sous forme d’un schéma norma-lisé associé à une modélisation ;– en phase de développement, en ingénierie concou-rante ou collaborative, sous forme de schémas d’ar-chitecture, technologiques, de graphes de fonctions… ;– en phase de réalisation pour la production, lemontage, l’installation, le câblage, la configurationdu produit ou système, sous forme de schémas nor-malisés électriques, pneumatiques…, éventuellementen association avec la représentation du réel ;– en phase d’exploitation pour la configuration, laconduite, la maintenance du produit ou système,sous formes diverses (normalisées ou non) selon lesbesoins de l’intervenant.En fonction du type de situation-problème devantlequel sera placé l’élève au cours de sa formation, ilpourra se trouver dans l’une ou l’autre de ces diffé-rentes phases. En conséquence, comme le précise leprogramme, il doit acquérir des compétences dedécodage de divers schémas, mais également d’écri-ture de tout ou partie des représentations schéma-tiques courantes pour exprimer ses idées :– schéma de principe ;– schéma cinématique minimal plan et spatial (pourla définition, par une représentation normalisée, desliaisons minimales illustrant les mobilités) ;– schéma architectural (pour la description norma-lisée de l’ensemble des liaisons) ;– schéma technologique (pour une description sanscode normalisé de l’agencement des principauxcomposants d’un produit ou d’un système) ;– schéma des composants et des circuitsélectriques/pneumatiques de puissance ;– schéma de raccordement des entrées et des sortiesd’un API ou d’une carte à base de microcontrôleur.Afin d’éviter toute forme d’encyclopédisme, lesnormes relatives à la schématisation considérée dansune activité donnée seront fournies.Les activités de travaux pratiques conduisant à larésolution de problèmes techniques seront privilé-giées pour une approche progressive des compé-tences touchant à la schématisation.Dans ce cadre, le professeur mettra en évidence la per-tinence du choix d’un type de schéma utile à la réso-lution d’un problème donné et l’intérêt d’un codageaccessible à tous. Les règles graphiques permettantune bonne lisibilité des schémas seront évoquées.Pour faciliter l’élaboration de certains schémas, ilsera recommandé d’utiliser des outils informatiquesd’assistance dans la mesure où leur ergonomie estsuffisamment performante pour ne pas alourdir letemps d’apprentissage.

Les représentations du réel Les modeleurs volumiques se généralisent dansl’industrie pour représenter les pièces et les

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ensembles mécaniques. Ils constituent de plus unebase de travail pour les calculs, la simulation et lafabrication. Leur simplicité croissante et leuraccessibilité justifient leur utilisation systématiquedans l’enseignement de SI.Il convient d’être attentif au fait que les facilités gra-phiques et des qualités esthétiques inhérentes auxlogiciels existants et à venir ne doivent pas conduireà des activités de représentation dont le poids neserait pas proportionné aux attentes du programmeen termes de savoir et de compétences attendues.Si l’activité industrielle de décodage des dessins tech-niques reste importante (en production, en montage,en maintenance…) et doit donc faire l’objet d’unapprentissage, celle de codage évolue vers l’élabora-tion de croquis ou de petits dessins à main levée, soitpour exprimer une idée, soit pour formaliser un prin-cipe de solution en préalable à la saisie informatique. Ainsi, dans l’enseignement de SI, le codage norma-lisé, hors aide informatique, n’est pas à promouvoir.Dans la phase finale de représentation d’un produit,ce codage peut être considéré comme le résultatautomatique de fonctionnalités du logiciel, avecexploitation des procédures d’habillage.Les logiques d’activités relèvent d’une des deuxdémarches proposées dans la figure 14 (page suivante).L’enseignement de SI doit initier à la représentationgraphique du réel. – Par la maîtrise des fonctionnalités de base d’unlogiciel de CAO-3D pour la construction de lamaquette numérique d’une pièce ou d’un petitensemble en phase de conception / reconception.Cette maîtrise attendue induit des apprentissages etune verbalisation relatifs aux formes des pièces etaux positions relatives des surfaces et des volumesqui la composent. Les méthodes de construction uti-lisables à ce niveau sont les suivantes (il ne s’agit pasici de maîtriser ces différents modes de construc-tion mais de voir leur intérêt et leur pertinence dansune situation de construction) :• construction par assemblage, qui s’effectue dans

la continuité des acquis de la classe de seconde et

qui n’est à privilégier que dans des opérations dereconstruction ;

• construction dans l’assemblage, qui est le mode àdévelopper à ce niveau de formation car il asso-cie systématiquement à toute représentation unesignification fonctionnelle ;

• construction en mode plan, qui peut être avanta-geusement utilisée dans certaines situations et quiinduit la compréhension du concept de section.

– Par la connaissance et la compréhension des para-mètres dimensionnels et topologiques définissant leséléments géométriques (cylindre, prisme…) et leurassemblage par des contraintes géométriques expli-cites. – Par une pratique informatique des assemblagessous contraintes, ce qui suppose une maîtrise suffi-sante de quelques notions fondamentales de posi-tionnement relatif : parallélisme, coïncidence,coaxialité…– Par une bonne perception du principe de « para-métrage variationnel1 » de ces logiciels qui ouvreun champ important d’activités, en particulier dans :• l’étude de l’influence de paramètres sur le fonc-

tionnement d’un système ;• la définition d’une famille de produits paramétrée

en dimensions ;• la définition d’une famille de produits paramétrée

en formes et fonctions.– Par une maîtrise limitée mais suffisante et adap-tée aux besoins du projet pour l’édition des docu-ments industriels à partir d’une maquette numériqueet l’intégration d’éléments standard issus de bases dedonnées techniques interfacées au logiciel volu-mique.Le centre d’intérêt « Représentation graphique duréel » trouve sa place dans la quasi-totalité descycles de travaux pratiques et dans les activités deprojet pluritechnique. Les différents cycles se carac-térisent donc, sans que les élèves s’intéressent néces-sairement aux mêmes systèmes, par une introductionprogressive mais rapide des fonctionnalités deslogiciels à l’occasion d’études techniques.


1. Ce concept est présent dans les dernières générations de modeleurs volumiques. Ce type de logiciel permet :– de créer des pièces par association de volumes élémentaires créés par des fonctions telles que l’extrusion ou la rotation d’unesurface (esquisse) par rapport à une direction ;– d’y associer ces pièces selon des contraintes géométriques pour construire le modèle virtuel d’un système mécanique.Les modeleurs actuels se doivent d’être, entre autres :– variationnels : ce qui implique que, lorsque cela est prévu, toute modification d’une dimension sur le modèle engendre desmodifications sur l’ensemble de la pièce et de la structure ;– paramétrés : ce qui correspond à la possibilité de déclarer des paramètres gérant des dimensions et des fonctions facilitant lesgestion de familles de pièces ;– configurables : ce qui permet de gérer, dans un seul fichier informatique, différentes situations de la même maquette, pourenregistrer des options de conception, des positions successives, des essais de formes.


Figure 14. Logiques d’activités.

L

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Le projet pluritechnique encadré

Tout projet se définit comme une démarche spécifique,qui permet de structurer méthodiquement et progres-sivement une réalité à venir. Il est mis en œuvre pourapporter une réponse adaptée au besoin précis d’un uti-lisateur. Cette activité, caractéristique des démarcheset méthodes pratiquées dans le monde industriel, faitaujourd’hui partie intégrante des responsabilités incom-bant aux ingénieurs. Il est donc important que les élèvesdécouvrent, par l’action, son principe et son utilité aucours de leur formation.Conduire un projet, c’est entreprendre, coordonner etsuivre des actions nombreuses et variées, avec des res-sources données. La ressource, en premier lieuhumaine, est généralement mobilisée en formant uneéquipe dont chaque membre concourt à l’aboutisse-ment du projet.Le projet pluritechnique encadré (PPE) vise à placer l’élèvedans ce contexte particulier de démarche de projet.Le projet, pour être efficace et motivant, devra portersur des thèmes fortement incitatifs, d’un niveau de dif-ficulté à la mesure des programmes d’enseignement, etêtre suffisamment étoffé pour susciter un travail équi-libré de la part de chacun des membres de l’équipe.La production attendue des élèves doit être conformeaux dispositions du règlement de l’épreuve de bac-calauréat.

Objectifs du projet en SIL’objectif fondamental est que les efforts consentis etle travail fourni mènent à la réussite du projet.Abordé au début du deuxième semestre de la classe ter-minale, le PPE est une activité qui, au travers d’un tra-vail d’équipe, vise à développer chez l’élève l’esprit desynthèse, le sens créatif, la volonté d’entreprendre, des’impliquer, tout en mobilisant son savoir pour réussir.En réponse à un cahier des charges fonctionnel ou à desspécifications, dans des conditions de travail clairementdéfinies pour un groupe donné, le problème posé doitconduire les élèves à conjuguer les savoirs et savoir-fairedéjà acquis pour, selon le cas, modifier, concevoir, com-parer, configurer, mettre en œuvre, vérifier la confor-mité de tout ou partie d’un produit ou système et ainsidonner tout leur sens aux sciences de l’ingénieur. Dansce cadre, il est évident que le rôle du professeur quiaccompagne les élèves et suit le projet, est détermi-

nant. Il lui revient la responsabilité de définir le problème,d’animer les revues de projet, de conseiller et de suivre lesélèves en respectant un équilibre entre une certaine libertéde recherche et d’action laissée à l’équipe et une aide tech-nique et organisationnelle proche leur permettant deréussir. Les sujets proposés pourront également offrirl’occasion d’une ouverture vers les autres disciplines.Au travers de cette étude, planifiée selon un calendrierfourni par le professeur, l’élève doit percevoir l’efficacitéd’une information précise et concise, l’utilité de synthèsesrapides (meilleur choix, meilleur délai) et les élémentsde la performance d’une équipe : créativité, partage desdécisions, respect des échéances, responsabilitéindividuelle accrue, ouverture d’esprit (écoute de l’autre,échanges argumentés…).Cette situation d’apprentissage doit conduire l’élève àutiliser pleinement tous les moyens de communication(TIC, tableau, téléphone, télécopie, réseaux Intranet etInternet…) nécessaires à la recherche d’informations, àla conduite de son travail, à la rédaction, aux restitutionsorales… Sur ce point particulier de la communicationorale, les phases de revue de projet doivent permettre àl’élève, en situation d’acteur, d’améliorer progressivementla qualité de ses prestations (organisation du contenu,expression orale, outils mobilisés…).Enfin, le problème posé doit amener les élèves à se poserd’autres types de questions qui n’ont pas ou peu étéabordées dans le programme : « Comment est-ce fabri-qué ? », « Avec quels équipements, quel système de pro-duction ? », « Comment peut-on réaliser un prototype,une maquette, les tester ? », « Que peut-on simuler, com-ment ? », « Comment représenter une solution ? »,« Comment vérifier telle performance ? », etc. Autantd’interrogations qui donnent matière à des recherchesvers les bases documentaires mises à disposition et a uneouverture sur d’autres gisements de la technologie.

Mise en œuvre du projetpluritechnique

L’activité de projet pluritechnique se déroule durantles séances spécifiques dans le laboratoire dédié auxsciences de l’ingénieur permettant la mobilisation desmembres de l’équipe pédagogique de la classe terminaleimpliqués dans l’encadrement des activités.

Le projet pluritechnique encadré


La composition des groupes est de la responsabilitépédagogique des enseignants. Il peut être accordé, sousl’arbitrage du professeur, une certaine autonomie auxélèves pour le choix de leurs partenaires de travail et lagestion du groupe, comme pour le choix du sujet parmiles propositions des professeurs. Ces groupes seront constitués de trois à cinq élèvesselon le volume de travail à traiter.Pour l’essentiel, le PPE est conduit par le ou les profes-seurs de SI, mais, dans cette activité de synthèse, lesélèves trouveront sûrement dans les problèmes quileur sont posés des solutions passant par l’utilisationd’autres compétences que celles de SI et qui induirontla participation de professeurs d’autres matières tellesque les sciences physiques, les mathématiques, les artsappliqués, les langues étrangères…Après une phase indispensable d’appropriation ducahier des charges fonctionnel, de recherche généraledes principes pouvant régir les solutions, étape pendantlaquelle le professeur doit animer, mobiliser, interro-ger, un calendrier général d’évolution est défini avecchaque groupe de projet. Les tâches individuelles serontprécisément définies, ainsi que les dates de revues deprojet, où chaque élève, en s’appuyant sur une argu-mentation structurée et précise qu’il aura établie aupréalable, présente oralement au groupe l’évolution deson travail.Le groupe en synergie, mais sous contrôle du professeur,arrête alors les décisions de poursuite, de modification,de réorientations utiles, que chacun prend en compte auniveau de la tâche individuelle qui lui est confiée.Comme en TPE, l’élève tient un carnet de bord où ilconsigne ses réflexions et recherches personnelles, lesdescriptions de manipulations effectuées, ses produc-tions, et ses notes de restitution au groupe en revue deprojet.

Problématiques possiblesIl s’agit d’un projet pluritechnique, issu du domaineindustriel ou du grand public au sens large, qui relèvede technologies conjuguées du génie mécanique, élec-trique, informatique réseau et télécommunication,civil…Le support doit donc ouvrir un spectre d’investigationrelativement large par rapport au programme d’ensei-gnement et, dans le même temps, constituer une res-source pratique pour des actions concrètes conduitespar des élèves de ce niveau. Le caractère attrayant d’unsupport peut également fortement contribuer à lamotivation des élèves en projet. Ces supports peuvent être retenus parmi ceux utiliséspour la formation en cours d’année, mais peuvent êtreégalement spécifiques au projet et inconnus des élèves(domaines de la domotique, de la robotique, des sports,du bricolage…).

Sans être exhaustive, la liste des problématiquesproposés ci-après permet d’orienter un premier choixde l’enseignant :– dans une logique d’analyse concurrentielle, réaliserune présentation comparative de deux produits répon-dant au même besoin ;– proposer, décrire et justifier les modifications néces-saires des paramètres et/ou du comportement d’unsystème pluritechnique existant pour répondre à l’évo-lution du besoin (configuration, commande, program-mation, contrôle…) ;– expliquer le fonctionnement d’un équipement présentdans le laboratoire en le testant et présenter les simili-tudes entre cet équipement et une installation indus-trielle observée dans le tissu économique voisin ;– sur un système réel (produit grand public, systèmede production), proposer (en intervenant sur le pro-duit ou par la représentation virtuelle) une adaptationdu système en réponse à une évolution modeste dubesoin ;– dans le cadre de challenges locaux ou nationaux,choisir et agencer des constituants en réponse à uncahier des charges fonctionnel imposé (en privilégiantl’utilisation d’éléments modulaires) ;– rechercher, proposer et discuter des alternatives desolutions pour réaliser une fonction technique simpledonnée, définie par son cahier des charges ;– modifier la programmation d’un système pourrépondre à une évolution attendue.

Moyens matérielsSans exclure les moyens du CDI ou des ressourcesd’autres laboratoires présents dans l’établissement, cetteactivité se déroule majoritairement dans le laboratoirede SI avec un accès ouvert aux systèmes présents et àdes moyens matériels permettant d’expérimenter, demodifier des sous-systèmes ou de réaliser des maquettesgrandeur nature ou à une échelle significative,constituées par assemblage de pièces ou composantsstandard.Ces réalisations peuvent conduire à des achats spéci-fiques et un budget doit être réservé à cet effet. Demême, une zone de montage dédiée, assemblage avecoutillage à main et électroportatif, est aménagée pourles réalisations.L’accès aux technologies de l’information et de la com-munication (ordinateurs avec accès Internet, scanner,photo numérique, etc.), ainsi que la mise à dispositiond’un téléphone et d’un télécopieur, sont indispensablesà ce type d’activité. En particulier, la mise en réseaulocal des postes informatiques constitue un élémentfavorable à la mise en œuvre du travail d’équipe desélèves.

75Horaire indicatif (annexe 1)

Horaire indicatif à consacrer aux différents chapitresdu programme de première et de terminale

AN

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Chapitres

A – Analyse fonctionnelleA1 Le cahier des charges fonctionnelA2 L’analyse fonctionnelle interne

B – Fonctions du produitB1 Convertir et distribuer l’énergie

B11 Les actionneursB12 Les circuits de puissance

B2 Transmettre l’énergieB21 Les liaisons mécaniques : assemblages

et guidagesB22 Les composants mécaniques de

transmissionB3 Acquérir l’information

B31 Les capteursB32 Le conditionnement du signal

B4 Traiter l’informationB41 Le système de traitement intégré dans la

chaîne d’informationB42 Les systèmes programmables

B5 Communiquer l’informationB51 Les périphériquesB52 Les réseaux

C – Principes et comportementC1 La chaîne d’énergie

C11 Comportement mécanique des structureset des mécanismes

C12 Comportement énergétique des systèmesC2 La chaîne d’information

C21 L’informationC22 Comportement des systèmes logiques

combinatoiresC23 Comportement des systèmes logiques

séquentielsC24 Comportement des systèmes numériques

D – Représentation des produitsD1 SchématisationD2 Représentation géométrique du réel

TOTAUX

PremièreCours

4

325

10

6

7

4

2314

9

5

64

PremièreTP 2

8

5810

16

10

12

10

4020

20

22

128

Terminale Cours

2

284

10

4

6

4

3220

12

2

64

TerminaleTP 2

8

548

16

6

16

8

4626

20

20

128

2. Ces horaires comprennent les TP formatifs, les TP d’évaluation et le projet pluritechnique encadré.


Travaux pratiques – chaînesd’énergie

Thème E1 – Structureet fonctionnement d’un moteurà courant continu à vitessevariable

Compétences attendues– Identifier une solution constructive réalisée et luiassocier sa fonction technique ;– vérifier les performances au regard des spécifica-tions du cahier des charges ;– identifier et régler les paramètres de commandeliés à la variation de vitesse ;– associer à sa représentation schématique chaqueconstituant des chaînes de puissance et de commande ;– justifier les protections mises en place dans lescircuits de puissance ;– déterminer les grandeurs énergétiques des élémentsfonctionnels de la chaîne d’énergie (puissancesd’entrée et de sortie, rendement).

Savoirs et savoir-faire associésB11 Les actionneursB122 La commande de puissanceC122 Conversion électromécanique d’énergieC124 La sécurité des biens et des personnes

SupportsUn système (ou une chaîne fonctionnelle du système)en état de fonctionnement comprenant un moteurà courant continu à vitesse variable et sa commandeavec un moteur supplémentaire identique nonconnecté et démontable.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser la constitution physique du moteur parobservation, démontage, et la rapprocher du principede fonctionnement ;– repérer les éléments importants de son fonctionne-ment : inerties, matériaux, guidages, circuit électrique,isolations, etc. ;– mettre en œuvre le moteur et sa commande dansles conditions de charge réelles ;– mesurer des caractéristiques d’entrée et de sortiepour les fonctionnements à tension et intensitéconstantes ou vitesse et couple constants ;

– mesurer les caractéristiques d’entrée et de sortie del’ensemble moteur/réducteur pour les différentesphases de fonctionnement de la loi de commande àl’aide de points de mesure situés sur la chaîne d’éner-gie (tension, intensité, vitesse, couple) ;– comparer les résultats avec les données construc-teur et les exigences du cahier des charges ;– dimensionner, installer, régler et tester les sécuritésnécessaires.

Thème E2 – Structureet fonctionnement d’un moteurasynchrone

Compétences attendues– Identifier une solution constructive réalisée et luiassocier sa fonction technique ;– vérifier les performances au regard des spécifica-tions du cahier des charges ;– associer à sa représentation schématique chaqueconstituant des chaînes de puissance et de commande.

Savoirs et savoir-faire associésB11 Les actionneursB122 La commande de puissanceC122 Conversion électromécanique d’énergieC124 La sécurité des biens et des personnes

SupportsUn système (ou une chaîne fonctionnelle du système)en état de fonctionnement comprenant un moteurasynchrone et sa commande associée avec unmoteur supplémentaire identique non connecté etdémontable.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser la constitution physique du moteur parobservation, démontage, etc. ;– repérer les éléments importants pour garantir deson fonctionnement : inerties, matériaux, guidages,circuit électrique, isolations, etc. ;– mettre en œuvre le moteur, sa commande, sesprotections dans les conditions de charge réelles ;– mesurer des caractéristiques d’entrée et de sortieen régime permanent ;– comparer les résultats avec les données construc-teur et les exigences du cahier des charges ;– dimensionner, installer, régler et tester les sécuritésnécessaires.

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E 2 Cette annexe du document d’accompagnement est principalement destinée aux professeurs qui sont

chargés d’enseigner ce programme. Elle a donc pour objet de préciser les travaux pratiques relatifs auxcentres d’intérêts.

77Travaux pratiques – chaînes d’énergie (annexe 2)

Thème E3 – Structureet fonctionnementd’un actionneur linéaire

Compétences attendues– Identifier une solution constructive réalisée et luiassocier sa fonction technique, – vérifier les performances au regard des spécifica-tions du cahier des charges ;– justifier les protections mises en place dans lescircuits de puissance ;– déterminer les grandeurs énergétiques des élémentsfonctionnels de la chaîne d’énergie (puissancesd’entrée et de sortie, rendement).

Savoirs et savoir-faire associés B11 Les actionneursB122 La commande de puissanceC124 La sécurité des biens et des personnes

SupportsUn système (ou une chaîne fonctionnelle du système)en état de fonctionnement comprenant un vérin etsa commande associée avec un vérin identiquedémontable.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser la constitution physique du vérin parobservation, démontage, etc. ;– repérer les éléments importants: matériaux,guidages, étanchéités, etc., conditionnant son bonfonctionnement ;– mettre en œuvre le vérin et son distributeur dansles conditions de charge réelles ;– identifier, mesurer lorsque cela est possible, desparamètres caractéristiques d’entrée et de sortie enrégime permanent ;– comparer les résultats avec les donnéesconstructeur et les exigences du cahier des charges ;– identifier les sécurités dans le circuit d’énergie.

Thème E4 – Architecturede la chaîne d’énergie,puissance et rendement

Compétences attendues – Identifier les éléments transformés et les flux(physique, énergie, information) ;– identifier les constituants du réseau d’alimentationélectrique et donner leurs caractéristiques ;– déterminer les grandeurs énergétiques des élémentsfonctionnels de la chaîne d’énergie (puissancesd’entrée et de sortie, rendement).

Savoirs et savoir-faire associés A2 L’analyse fonctionnelle interneB121 L’alimentation en énergieC12 Comportement énergétique des systèmes

SupportsPlusieurs systèmes de transformation d’énergiepeuvent convenir, par exemple :– un système de pompage d’eau à partir de l’énergiesolaire ;– une éolienne ;– un système de transformation de l’énergie élec-trique en énergie hydraulique puis, éventuellement,en énergie mécanique.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– identifier les formes d’énergie ;– mesurer les paramètres significatifs ;– quantifier les puissances ;– évaluer un rendement de constituant, un rende-ment global ;– apprécier la performance globale de la chaîne d’éner-gie au regard du cahier des charges et la cohérence desdivers maillons.

Thème E5 – Liaison entre la chaîned’énergie et la chaîned’information

Compétences attendues – Identifier les éléments transformés et les flux(physique, énergie, information) ;– associer à sa représentation schématique chaqueconstituant des chaînes de puissance et decommande ;– justifier les protections mises en place dans lescircuits de puissance.

Savoirs et savoir-faire associés B122 La commande de puissance

SupportsPlusieurs systèmes ou plusieurs chaînes fonction-nelles pneumatiques mettant en œuvre plusieurssolutions (pneumatique, électromécanique, électro-nique…) avec des composants différents, éventuel-lement démontables.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser la constitution physique préactionneur ;– distinguer l’écart entre énergie de pilotage et énergiepilotée ;

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– comprendre les priorités : conservation de l’éner-gie, conservation de l’information ;– interfacer un préactionneur pour répondre à unfonctionnement spécifié.

Thème E6 – La commandemodulée de la chaîne d’énergie(liaison avec la chaîned’information)

Compétences attendues – Identifier les éléments transformés et les flux(physique, énergie, information) ;– identifier et régler les paramètres de commandeliés à la variation de vitesse ;– associer à sa représentation schématique chaqueconstituant des chaînes de puissance et de commande ;– justifier les protections mises en place dans lescircuits de puissance.

Savoirs et savoir-faire associés B122 La commande de puissance

SupportsUn actionneur intégré à un système réel comprenantun moteur, son circuit d’alimentation, son varia-teur et sa charge. Le moteur pourra être de type« sans balais », représentatif des solutions les plusrécentes qui se développent largement et pour les-quelles la liaison avec la chaîne d’information est deplus en plus déterminante dans le fonctionnementdu système. Une approche qui met en œuvre unemodification de la loi de vitesse, à charge constante,pour répondre à un besoin du CdCF peut constituerune solution évitant d’aborder le concept d’asser-vissement qui n’est pas au programme.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– régler et faire fonctionner le système pourrépondre à des lois de vitesse différentes ;– distinguer les composants relatifs à l’alimentation,à la protection, au mode de commande du moteur :commande tout ou rien, variateur de vitesse (élémentsrelatifs à la modulation d’énergie) ;– distinguer les composants relatifs à la commandetout ou rien de l’alimentation du moteur deséléments relatifs à la modulation d’énergie ;– identifier les paramètres influents ;– identifier les interfaces avec la chaîned’information.

Thème E7 – Chaîne d’énergiedirecte et inverse : réversibilité

Compétences attendues – Vérifier les performances des constituants et del’ensemble au regard des spécifications du cahier descharges ;– analyser et déterminer les modes de fonctionne-ment, en déduire le sens de circulation du fluxd’énergie ;– reconnaître la réversibilité des éléments fonctionnelsde la chaîne (transmission, conversion, alimentation) ;– tracer la relation entrée/sortie dans le quadrantcorrespondant.

Savoirs et savoir-faire associés B11 Les actionneursC123 Espaces de fonctionnement en régime

permanent

SupportsUn système électromécanique comprenant unmoteur électrique équipé d’un frein à manque decourant. La chaîne cinématique comprendra un sys-tème vis-écrou qui pourra être rendu réversible ouirréversible par changement de constituant. Desconditions de fonctionnement rendront la chargetantôt résistante, tantôt entraînante.Une autre approche peut se faire à partir d’un sys-tème électromécanique (quatre quadrants) soumiseà une charge entraînante. De même à partir d’unechaîne pneumatique ou hydraulique intégrant unaccumulateur d’énergie.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– inventorier les constituants de la chaîne d’énergie ;– identifier l’intérêt de la réversibilité ou de l’irré-versibilité du mouvement en réponse au cahier descharges ;– identifier le flux de transmission des efforts ;– mesurer des caractéristiques d’entrée et de sortieen régime permanent ;– mettre en œuvre le système en situation tout par-ticulièrement pour les phases de freinage durant les-quelles la dissipation de l’énergie électrique doit êtreprise en compte et analysée.

Thème E8 – Étude de la fonctionassemblage

Compétences attendues – Vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’unesolution constructive (précision, effort transmissible,faisabilité d’assemblage) ;

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– identifier les contacts entre pièces et la liaisonréalisée ;– proposer et justifier une solution constructiverépondant à une modification du CdCF, et lareprésenter par un moyen de communicationapproprié.

Savoirs et savoir-faire associés B21 Les liaisons mécaniques : assemblages et

guidages

SupportsUn ensemble mécanique présentant des assemblagesvariés en nature et caractéristiques (précision dupositionnement, rigidité, capacité à transmettre desefforts, moyens et accessibilité de montage etdémontage, etc.).

CommentairesLa problématique conduira l’élève à :– décrire la constitution physique des diversassemblages ;– décrire la topologie et la morphologie del’assemblage ;– mesurer des caractéristiques : efforts transmis,efforts de serrage, dimensions des pièces assemblées,spécifications géométriques, etc. ;– attacher des critères au choix des solutionsconstructives retenues.

Thème E9 – Étude de la fonctionguidage en translation

Compétences attendues – Identifier une solution constructive réalisée et luiassocier sa fonction technique ;– vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’une solu-tion constructive (cinématique, précision des guidages,effort transmissible, faisabilité d’assemblage) ;– identifier les contacts entre pièces et la liaisonréalisée ;– proposer et justifier une solution constructiverépondant à une modification du CdCF et la repré-senter par un moyen de communication approprié.

Savoirs et savoir-faire associésB21 Les liaisons mécaniques : assemblages et

guidages

SupportsPlusieurs sous ensembles mécaniques présentant dessolutions actuelles différentes de guidages en trans-lation permettant de mettre en évidence les caracté-ristiques fonctionnelles (précision, efforts, lubrifica-tion, etc.).

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la constitution physique des diversguidages ;– identifier et éventuellement mesurer des caracté-ristiques : efforts transmis, efforts de serrage, étatsde surface, dimensions de pièces assemblées, spéci-fications géométriques, etc. ;– apprécier des solutions constructives au regard descritères caractérisant un guidage en translation pourune application donnée.

Thème E10 – Étude de la fonctionguidage en rotation

Compétences attendues – Identifier une solution constructive réalisée et luiassocier sa fonction technique ;– vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’une solu-tion constructive (cinématique, précision des guidages,efforts transmissibles, faisabilité d’assemblage) ;– identifier les contacts entre pièces et la liaisonréalisée ;– proposer et justifier une solution constructiverépondant à une modification du CdCF et la repré-senter par un moyen de communication approprié.

Savoirs et savoir-faire associés B21 Les liaisons mécaniques : assemblages et

guidages

SupportsAu moins deux sous-ensembles présentant des solu-tions constructives représentatives des familles deguidage par glissement et par roulement.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la constitution physique des diversguidages ;– mesurer des caractéristiques : efforts transmis,efforts de serrage, états de surface, dimensions despièces assemblées, spécifications géométriques, etc. ;– apprécier des solutions constructives au regard descritères caractérisant un guidage en rotation pourune application donnée.

Travaux pratiques – chaînes d’énergie (annexe 2)

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Thème E11 – Étude de la fonctiontransmission de puissance entrearbres parallèles

Compétences attendues – Vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’une solu-tion constructive (cinématique, précision des guidages,efforts transmissibles, faisabilité d’assemblage) ;– proposer et justifier une solution constructiverépondant à une modification du CdCF et la repré-senter par un moyen de communication approprié ;– déterminer les grandeurs cinématiques caractéris-tiques associées à la fonction réalisée : vitesselinéaire et/ou angulaire d’entrée et de sortie ;– tracer la relation entrée/sortie ;– déterminer les actions mécaniques transmises,résultante et moment résultant ;– reconnaître la réversibilité des éléments fonc-tionnels de la chaîne (transmission, conversion,alimentation).

Savoirs et savoir-faire associés B22 Les composants mécaniques de transmissionC123 Espace de fonctionnement en régime

permanent

SupportsAu moins deux sous-systèmes mécaniques présen-tant pour l’un, une transmission de puissance parengrenage et pour l’autre par lien flexible.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la constitution physique de la transmission ;– déterminer les relations cinématiques et les effetsde la transmission sur les couples transmis ;– apprécier des solutions constructives au regard descritères caractérisant une transmission de puissanceentre arbres parallèles.

Thème E12 – Étude de la fonctiontransformation de mouvement

Compétences attendues – Vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’une solu-tion constructive (cinématique, précision des guidages,efforts transmissibles, faisabilité d’assemblage) ;– proposer et justifier une solution constructiverépondant à une modification du CdCF et lareprésenter par un moyen de communicationapproprié ;– déterminer les grandeurs cinématiques caractéris-tiques associées à la fonction réalisée : vitesselinéaire et/ou angulaire d’entrée et de sortie.

Savoirs et savoir-faire associés B22 Les composants mécaniques de transmission

SupportsLes supports variés pour ce type de TPcomporteront des sous-systèmes mécaniquesparmi lesquels les solutions suivantes devront êtreprésentes :– un système vis-écrou ;– un système bielle-manivelle ;– un système à came ;– un système à barres ;– un système pignon crémaillère.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la constitution physique de la transmission ;– déterminer par relevé ou par simulation informa-tique les relations cinématiques et les effets de latransformation de mouvement sur les couples etefforts transmis.

Thème E13 – Démarched’isolement et principe del’équilibre statique d’un solide

Compétences attendues – Isoler un solide ou un ensemble de solides et justi-fier l’isolement proposé ;– identifier les contacts entre pièces et la liaisonréalisée ;– déterminer les actions mécaniques transmises,résultante et moment résultant, par :• une résolution graphique pour un solide ou un

ensemble de solides isolés soumis à deux ou troisforces concourantes,

• résolution analytique dans le cas de forces parallèles,• une résolution logicielle dans les cas plus complexes.

Savoirs et savoir-faire associésC112 Transmission des efforts, statique des

mécanismesC114 Frottement entre solides, résistance au

mouvement : glissement et roulement

SupportsUn ou plusieurs sous-systèmes mécaniques,éventuellement didactisés.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– observer, manipuler et décrire la constitution phy-sique des assemblages et guidages constituant lesystème isolé ;

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– mesurer, lorsque cela est possible, les efforts exté-rieurs (force, couple) sur le système considéré ;– établir (dans les cas simples) ou exploiter unmodèle associé et décrire les paramètresinfluents ;– déterminer, à l’aide d’un logiciel adapté, pour unmodèle fourni, les efforts caractéristiques en entrée,en sortie, et sur les pièces significatives de la trans-mission ;– faire varier les charges extérieures et évaluer, àl’aide d’un logiciel adapté, les conséquences sur lescharges sollicitant les pièces du mécanisme.

Thème E14 – Modélisationdes assemblages et des guidagesmécaniques

Compétences attendues – Isoler un solide ou un ensemble de solides etjustifier l’isolement proposé ;– identifier les contacts entre pièces et la liaisonréalisée ;– associer à chaque liaison les paramètres géomé-triques et les grandeurs de vitesse qui définissent lesmouvements permis ;– déterminer les actions mécaniques transmises,résultantes et moment résultant.

Savoirs et savoir-faire associés C111 Liaisons mécaniques C114 Frottements entre solides

SupportsUn ou plusieurs sous-systèmes mécaniquesautorisant des mouvements de translation, desmouvements de rotation, des mouvements plans etcomportant des assemblages rigides.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– observer, manipuler et décrire la constitutionp h y s i q u e d e s a s s e m b l a g e s e t g u i d a g e sconsidérés ;– établir un modèle associé (dans les cas simples) etdécrire les paramètres influents ;– simuler le comportement cinématique à l’aidedu modèle fourni ou déterminé dans des cassimples ;– comparer avec le comportement du système réel.

Thème E15 – Mouvements desolides, plan sur plan

Compétences attendues – Associer à chaque liaison les paramètres géomé-triques et les grandeurs de vitesse qui définissent lesmouvements permis ;– déterminer les grandeurs cinématiques caractéris-tiques associées à la fonction réalisée : vitesselinéaire et/ou angulaire d’entrée et de sortie.

Savoirs et savoir-faire associés C113 Transmission des mouvements, cinéma-

tique des mécanismes

SupportsUn sous-système mécanique articulé présentant unecinématique plane.

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– observer, manipuler et décrire la constitution phy-sique des assemblages et guidages considérés ;– établir un modèle associé (dans les cas simples) etdécrire les paramètres influents ;– mesurer les valeurs des paramètres cinématiquesd’entrée, de sortie, intermédiaires ;– simuler, à l’aide d’un logiciel adapté, le comporte-ment cinématique à l’aide du modèle fourni ;– déterminer, en les faisant varier, les paramètressignificatifs et tracer la loi entrée/sortie à l’aide d’unlogiciel adapté.

Thème E16 – Étude dynamiqued’un solide (translation et rotation)

Compétences attendues – Appliquer le principe fondamental de la dynamiqueà l’élément réalisant la fonction mécanique étudiée ;– définir et quantifier les efforts moteur et résistant,le moment d’inertie et l’accélération linéaire ouangulaire.En déduire la force ou le couple en accélérationconstante (application au calcul de l’effort audémarrage).

Savoirs et savoir-faire associés C115 Mouvement d’un solide indéformable

SupportsUn système simple, didactisé, comprenant un mou-vement de translation et un mouvement de rotationde type :– système de levage ;– table de translation.

Travaux pratiques – chaînes d’énergie (annexe 2)

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Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– observer, mesurer, lorsque cela est possible, l’évo-lution des paramètres (efforts, vitesse) lors desphases transitoires ;– appliquer plusieurs cas de charge et de variationde charge (modification des inerties, de la chargerésistante ou motrice).

Thème E17 – Simulationdu comportement cinématiqueet dynamique d’un système

Compétences attendues – Proposer et justifier une solution constructive ;– associer à chaque liaison les paramètres géomé-triques et les grandeurs de vitesse qui définissent lesmouvements permis ;– déterminer les grandeurs cinématiques caractéris-tiques associées à la fonction réalisée : vitesselinéaire et/ou angulaire d’entrée et de sortie ;– définir et quantifier les efforts moteur et résistant, lemoment d’inertie et l’accélération linéaire ou angulaire ;– en déduire la force ou le couple en accélérationconstante (application au calcul de l’effort audémarrage).

Savoirs et savoir-faire associés B22 Les composants mécaniques de transmissionC113 Transmission des mouvements, cinéma-

tique des mécanismesC115 Mouvement d’un solide indéformable

SupportsUn ou plusieurs sous-systèmes mécaniques autorisantdes mouvements de translation, des mouvements derotation, des mouvements plans et comportant desassemblages rigides.Un poste informatique équipé d’un logiciel de simu-lation et de calcul du comportement mécanique dessystèmes, en interface avec la maquette numériquedu mécanisme.

Commentaires Ce thème est complémentaire des thèmes E14 et E16lorsqu’il s’agira de valider ou modifier une solutionen réponse au cahier des charges.Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à travailler à partir du système réel et éven-tuellement, de sa maquette numérique.Les modeleurs volumiques peuvent être associés àdes logiciels de simulation du comportement méca-nique d’un mécanisme. L’utilisation de ces outilsimpose un traitement de la maquette numérique entrois phases :

– la modélisation du problème, qui permet de défi-nir les modèles cinématiques retenus, les donnéesd’entrées connues (vitesses, forces…) qui peuventêtre présentées et discutées à ce niveau d’étude ;– le traitement numérique du comportement du sys-tème, qui ne doit pas être abordé avec les élèves maismis au point et présenté par le professeur ;– la présentation des résultats et leur exploita-tion, qui, dans des cas simples, peuvent être acces-sibles aux élèves et déboucher sur des conclusionstechniques très intéressantes.L’utilisation de tels logiciels peut donc être uneaide à :– la visualisation des phénomènes intervenant ausein d’un mécanisme ;– la visualisation du comportement du système, enlien avec des évolutions repérables de grandeursphysiques (entrée/sorties) significatives (forces,vitesses, accélérations) ;– la modification raisonnée de paramètres, permet-tant d’apprécier des limites de performances, desolutions constructives.

Thème E18 – Sollicitations et déformations élastiques d’un solide

Compétences attendues – Identifier la sollicitation subie par un solide detype poutre.

Savoirs et savoir-faire associés C116 Comportement du solide déformable

SupportsUn équipement didactique dédié associé à un sous-système mécanique, éventuellement didactisé, pré-sentant les mêmes sollicitations que l’équipement etdont les effets peuvent influencer le comportementdu système.

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– faire varier les charges ;– mesurer les effets en déformation et appréhenderles lois de comportement ;– décrire, et éventuellement quantifier, les effets dessollicitations sur l’équipement et sur le sous-systèmemécanique.

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83Travaux pratiques – chaînes d’énergie (annexe 2)

Thème E19 – Simulationdu comportement mécaniquesous charge d’une pièce

Compétences attendues – Vérifier les caractéristiques fonctionnelles d’unesolution constructive et la représenter par un moyende communication approprié ;– proposer et justifier une solution constructive ;– déterminer les actions mécaniques transmises,résultante et moment résultant, par une résolutionlogicielle dans les cas plus complexes.

Savoirs et savoir-faire associés C112 Transmission des efforts, statique des

mécanismesC116 Comportement du solide déformable

SupportsUne pièce simple issue d’un système mécanique souscharge et sa maquette numérique.Un poste informatique équipé d’un logiciel de simu-lation et de calcul du comportement mécanique dessystèmes en interface avec la maquette numérique dela pièce.

Commentaires Ce thème est complémentaire au thème E18 lorsqu’ils’agira de valider ou modifier le dimensionnementd’une pièce en réponse au cahier des charges.Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à travailler à partir du système réel et de samaquette numérique.

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Travaux pratiques – chaînesd’information

Thème I1 – Structure et principede fonctionnement d’un automateprogrammable industriel

Compétences attendues – Analyser l’organisation fonctionnelle de lachaîne d’information et en établir un schéma-bloc(fonctions assurées, flux de données) ;– identifier les différents constituants matériels de la chaîned’information et les fonctions techniques réalisées ;– identifier les éléments transformés et les flux(énergie, information) ;– lister et caractériser les entrées et les sorties ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– configurer le produit et le faire fonctionner ;– tester le fonctionnement.

Savoirs et savoir-faire associés A2 L’analyse fonctionnelle interneB41 Le système de traitement intégré dans la

chaîne d’informationB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielle

SupportsChaîne d’information intégrant un automate pro-grammable industriel permettant la commande d’unprocédé industriel.

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la structure fonctionnelle, matérielle etlogicielle (système d’exploitation, mémoire pro-gramme, mémoire données) d’un automateprogrammable industriel ;– caractériser les entrées/sorties d’un automateprogrammable industriel ;– identifier et régler les paramètres de configura-tion logiciels pour une application donnée ;– après une série d’exercices choisis pour mettre envaleur le cycle de scrutation d’un API, décrire sonfonctionnement cyclique et caractériser soninfluence sur le traitement du programme.

Thème I2 – Structure et principede fonctionnement d’un systèmeà base de carte à microcontrôleur

Compétences attendues – Identifier les différents constituants matériels de la chaîned’information et les fonctions techniques réalisées ;– analyser l’organisation fonctionnelle de la chaîned’information et en établir un schéma-bloc(fonctions assurées, flux de données) ;– identifier les éléments transformés et les flux(énergie, information) ;– lister et caractériser les entrées et les sorties ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– configurer le produit et le faire fonctionner ;– tester le fonctionnement.

Savoirs et savoir-faire associés A2 L’analyse fonctionnelle interneB41 Le système de traitement intégré dans la

chaîne d’informationB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielle

SupportsChaîne d’information à base de microcontrôleurintégrée dans un produit ou un système grand public(audiovisuel, jeux, électroménager, outillage, loisirs,distributeurs automatiques, etc.).

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– décrire la structure fonctionnelle, matérielle etlogicielle d’un système de traitement de l’informa-tion à base de microcontrôleur en s’appuyant sur ladocumentation technique associée ;– relever les contraintes de compatibilité des signauxéchangés entre la carte à microcontrôleur et les péri-phériques associés ;– identifier et régler les paramètres de configura-tion (matériels et logiciels) pour une applicationdonnée ;– relier la carte à microcontrôleur à ses différentspériphériques et tester le fonctionnement del’ensemble.

Thème I3 – Transformation d’unegrandeur physique en un signalpar un détecteur TOR

Compétences attendues – Identifier la grandeur physique à mesurer et lanature de l’information délivrée par le capteur ;

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– décrire par schéma-blocs une décomposition struc-turelle et fonctionnelle de tout ou partie du systèmed’acquisition ;– mesurer les signaux en divers points du systèmed’acquisition ;– décrire et représenter l’évolution du signal le longde la chaîne ;– justifier un choix de capteur.

Savoirs et savoir-faire associés B31 Les capteurs

SupportsLes bancs d’essais pour capteurs peuvent convenirpour atteindre une partie des compétencesattendues. Ils doivent être représentatifs des grandesfamilles de solutions de transformation d’unegrandeur physique à mesurer en un signal ou unegrandeur mesurable et devront être rapprochés desbesoins d’acquisition dans des produitspluritechniques réels. Pour pouvoir justifier d’unchoix de capteur, il est nécessaire de faire le lienavec la chaîne d’information dans laquelle il estintégré.

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser l’organisation fonctionnelle d’un systèmed’acquisition et en établir un schéma-blocs ;– identifier les différents constituants matériels dusystème d’acquisition et les fonctions techniques réa-lisées (les possibilités d’investigation sont dépen-dantes du niveau d’intégration) ;– caractériser l’information délivrée en sortie du sys-tème d’acquisition (tension, intensité, fréquence) enchoisissant le moyen de mesurage adapté ;– mesurer le temps de réponse du systèmed’acquisition ; dans le cas d’une utilisation en vuede réaliser une commande, évaluer lesconséquences du temps de réponse et de larésolution sur le comportement du système etvérifier le respect des contraintes exprimées dans lecahier des charges ;– identifier le type de sortie utilisé (NPN, PNP,contact de relais3) à l’aide de la documentationtechnique ;– configurer et régler le système d’acquisition pourl’intégrer à une chaîne d’information ou pour larendre compatible avec le système de traitement del’information.

Thème I4 – Transformation d’unegrandeur physique à mesurer enune grandeur mesurable par uncapteur à sortie analogique ounumérique

Compétences attendues – Expliciter les caractéristiques d’entrée et de sortiedu conditionneur éventuel ;– identifier la grandeur physique à mesurer et lanature de l’information délivrée par le capteur ;– mesurer les signaux en divers points du systèmed’acquisition ;– décrire et représenter l’évolution du signal enentrée et en sortie des différents éléments ;– justifier un choix de capteur.

Savoirs et savoir-faire associés B31 Les capteurs

SupportsDans le cadre de ce TP, le système d’acquisition nepeut pas être étudié séparément de la chaîne d’in-formation. Il doit donc être ou doit pouvoir êtreintégré à un système pluritechnique.

Commentaires Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– interfacer le capteur avec le milieu où évolue lagrandeur à mesurer ;– analyser l’organisation fonctionnelle d’un systèmed’acquisition et en établir un schéma-blocs ;– identifier les différents constituants matériels dusystème d’acquisition et les fonctions techniques réa-lisées (les possibilités d’investigation sont dépen-dantes du niveau d’intégration) ;– caractériser l’information délivrée en sortie du sys-tème d’acquisition (tension, intensité, fréquence) enchoisissant le moyen de mesurage adapté ;– configurer et régler le système d’acquisition pourle rendre compatible avec le système de traitementde l’information.

Thème I5 – La commandede la chaîne d’énergie

Compétences attendues – Identifier les éléments transformés et les flux(énergie, information) ;– associer à sa représentation schématique chaqueconstituant du circuit de commande ;

Travaux pratiques – chaînes d’information (annexe 2)

3. L’étude des composants électroniques n’est plus au programme. L’utilisation de simulateurs orientés « composants » n’estdonc plus appropriée.

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– identifier les opérateurs logiques et arithmétiquesutilisés ;– établir, pour un système combinatoire, l’expressiond’une fonction logique, la représenter sous lesformes tabulées, d’équations ou graphiques ;– représenter tout ou partie du produit sous formeschématique.

Savoirs et savoir-faire associés B122 La commande de puissanceC22 Comportement des systèmes logiques

combinatoiresD1 Schématisation

SupportsPlusieurs systèmes électropneumatiques (mettant enœuvre des solutions avec des distributeurs différents)et électromécaniques avec :– plusieurs solutions de pilotage de distributeurs ;– les interfaces de puissance correspondantes,disponibles et démontables ;– des contacteurs et des interfaces de puissance.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– analyser la constitution physique de la commanded’un distributeur, d’un contacteur, d’une interface depuissance de moteur électrique ;– percevoir l’écart entre énergie de pilotage et énergiepilotée ;– comprendre les priorités : conservation de l’énergie,conservation de l’information ;– simuler le fonctionnement d’un circuit de puis-sance pour vérifier le respect des exigences du cahierdes charges ;– proposer une modification du circuit de commandepour respecter les exigences du cahier des charges ;– établir, à partir d’un circuit de commande élec-trique d’un système pluritechnique, les expressionslogiques correspondantes.

Thème I6 – Les systèmes logiquescombinatoires

Compétences attendues – Lister et caractériser les entrées et les sorties ;– identifier les opérateurs logiques utilisés ;– établir, pour un système combinatoire, l’expressiond’une fonction logique, la représenter sous lesformes tabulées, d’équations ou graphiques ;– élaborer tout ou partie du modèle comportemental ;– représenter tout ou partie du produit sous formeschématique ;– modifier la spécification comportementale à l’aided’un éditeur (atelier logiciel, interface de développe-ment rapide) ;

– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– tester le fonctionnement.

Savoirs et savoir-faire associés C21 L’informationC22 Comportement des systèmes logiques

combinatoiresB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielleD1 Schématisation

SupportsDes modules logiques programmables reliés (ou àrelier) à une chaîne d’énergie avec leurs interfaces dedéveloppement.Des composants de type « éléments logiques pro-grammables (ELP) » associés à leurs compilateurslogiques et intégrés dans des applications.Des atel iers logiciels conformes à la normeIEC 61131-3 intégrant le langage LD (LadderDiagram) associés à des automates programmablesindustriels reliés (ou à relier) à des chaînes d’énergies.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– définir la frontière de description du systèmelogique combinatoire ;– simuler le comportement du système logique àl’aide de l’outil informatique ;– configurer et régler le système de commande pourmettre en œuvre une chaîne d’énergie.

Thème I7 – Les systèmes logiquesséquentiels : la fonction mémoire

Compétences attendues – Configurer le produit et le faire fonctionner ;– lister et caractériser les entrées et les sorties ;


séquentiels

SupportsBascules, relais, télérupteur, boutons à accrochagemécanique, boutons tournants, distributeursbistables, automate programmable industriel avecatelier logiciel.

CommentairesIl est important de montrer que la fonction mémoirepeut être assurée d’une part, par le système de traite-ment de l’information et d’autre part, par les interfaces

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de puissance, les capteurs, les entrées issues de pupitres,etc. Les éléments assurant la fonction mémoire doiventêtre replacés dans leur contexte d’utilisation.Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– identifier le principe d’obtention de l’effet mémoire ;– constater la non univocité de la relationentrées/sortie ;– identifier la priorité utilisée ;– s’approprier la notion de variable interne ;– représenter à l’aide d’un chronogramme l’évolu-tion des entrées/sortie d’un opérateur mémoire.

Thème I8 – Les systèmes logiquesséquentiels : les fonctionscomptage et retard

Compétences attendues – Configurer le produit et le faire fonctionner ;– lister et caractériser les entrées et les sorties ;– déterminer le format numérique adapté.


séquentiels

SupportsCompteurs et opérateurs retard non programmables.Automates programmables industriels avec blocsfonctionnels comptage et retard.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduire l’élèveà représenter l’évolution des entrées/sortie des opéra-teurs retard et comptage à l’aide d’un chronogramme.

Thème I9 – Les systèmes logiquesséquentiels : Le Grafcet

Compétences attendues – Lister et caractériser les entrées et les sorties ;– analyser et interpréter le Grafcet fourni en décri-vant, depuis une situation donnée, la suite des situa-tions atteintes au cours de l’évolution ;– vérifier le respect de certaines contraintes for-mulées dans le cahier des charges (temporelles, desécurité) ;– élaborer un diagramme décrivant l’enchaînementtemporel des différentes tâches ;– modifier la spécification comportementale à l’aided’un éditeur (atelier logiciel, interface de développe-ment rapide) ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– tester le fonctionnement.


séquentielsB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielle

SupportsDes éditeurs de modèles grafcets et les post-processeurs adaptés aux automates programmablesutilisés dans le laboratoire.Des ateliers logiciels conformes à la normeIEC 61131-3 disposant du langage SFC.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– lister et caractériser les entrées participant auxréceptivités et les sorties affectées aux étapes ;– comprendre et justifier une structure Grafcet ;– définir la frontière de description du systèmelogique séquentiel décrit par le Grafcet ;– percevoir la notion de sensibilité de la commandeà une (ou plusieurs) réceptivités ;– élaborer un diagramme de Gantt ou des chrono-grammes décrivant l’enchaînement temporel desdifférentes tâches opératives ou opérations ;– simuler le comportement du système à l’aide del’outil informatique ;– comparer le comportement observé et le compor-tement spécifié à l’aide du Grafcet ;– modifier une structure Grafcet, une (ou plusieurs)expression de réceptivité associée à une transition,une expression logique associée à un ordre, pourrépondre à un cahier des charges.

Thème I10 – Les systèmesnumériques : implantation d’un algorithme en langage littéral structuré

Compétences attendues– Configurer le produit et le faire fonctionner ;– identifier les opérateurs logiques et arithmétiquesutilisés ;– déterminer le format numérique adapté ;– élaborer tout ou partie du modèle comportemental ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– tester le fonctionnement.

Travaux pratiques – chaînes d’information (annexe 2)

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Savoirs et savoir-faire associés B41 Le système de traitement intégré dans la

chaîne d’informationB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielleC24 Comportement des systèmes numériques

SupportsDes éditeurs d’algorigrammes avec assistantspermettant d’élaborer des spécificationsalgorithmiques et de générer le code destiné à unmicrocontrôleur.Possibilité d’utiliser des ateliers logiciels pourautomates programmables industriels conformes àla norme IEC 61131-3 intégrant le langage ST(littéral structuré). Des automates programmablesindustriels reliés à des périphériques de dialogueet/ou à des parties opératives réelles ou simulées(maquettes numériques).

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– définir la frontière de description du systèmenumérique ;– traduire une spécification algorithmique en unlangage littéral structuré.

Thème I11 – Les systèmesnumériques : mise en œuvred’un microcontrôleuravec des composants logicielsréutilisables

Compétences attendues – Configurer le produit et le faire fonctionner ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– tester le fonctionnement.

Savoirs et savoir-faire associés B41 Le système de traitement intégré dans la

chaîne d’informationB42 Les systèmes programmablesB421 Structure fonctionnelle et matérielleB422 Structure logicielleC24 Comportement des systèmes numériques

SupportsChaînes d’information à base de microcontrôleurintégrées dans des produits ou des systèmes grandpublic (audiovisuel, jeux, électroménager, outillage,loisirs, distributeurs automatiques, etc.).Les chaînes sont livrées avec :

– des composants logiciels réutilisables ;– des éditeurs permettant de travailler au niveau dela spécification et de générer le code et les liensautomatiquement.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– choisir et identifier les composants logiciels réuti-lisables nécessaires à une application donnée ;– traduire la spécification comportementale en unlangage graphique permettant, à l’aide d’un logicieldédié, un passage direct et automatique de la spéci-fication au programme compilé ;– générer automatiquement le programme et testerl’application.

Thème I12 – La communicationde l’information

Compétences attendues – Identifier la nature de l’information à communiquer ;– reconnaître le type d’interface d’entrée/sortie ;– énoncer, d’un point de vue utilisateur, les élémentscaractéristiques du réseau (architecture matérielle,services…) ;– établir les liaisons physiques entre les différentspostes et périphériques ;– configurer les logiciels de façon à établir lacommunication ;– paramétrer une suite de protocoles TCP-IP.

Savoirs et savoir-faire associés B51 Les périphériquesB52 Les réseaux

Supports– Chaînes d’information intégrant un automateprogrammable industriel ou une carte àmicrocontrôleur, permettant la commande d’unprocédé (industriel ou non) où certains capteurs,préactionneurs, composants de dialogue, sont géréspar un bus de terrain (par exemple : ASI, CAN).– Plusieurs ordinateurs ou cartes à microcontrôleurreliés en réseau (Ethernet TCP-IP) permettant lepilotage d’un procédé (industriel ou non).– Une carte ou un coupleur Web permettant unaccès par Internet pour la surveillance, le pilotage àdistance du procédé, dans l’un des deux casprécédents.– Périphériques de positionnement d’un pointeur surun écran, de saisie d’images, de lecture de codes, desaisie de consignes opérateurs, afficheurs alpha-numériques, écrans, imprimantes, traceurs.– Périphériques de stockage des données sur disquesmagnétiques et optiques.

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89Travaux pratiques – chaînes d’information (annexe 2)

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– reconnaître les types d’interfaces utilisées ;– relever les contraintes de compatibilité entre lesmatériels interconnectés ;– différencier l’adressage physique de l’adressagelogique de chaque constituant connecté au réseau ;– configurer les différents paramètres de la transmission ;– analyser les données et les formats de donnéeséchangés ;– tester la communication et mettre en œuvre lesdifférentes fonctionnalités du réseau.

Thème I13 – Comportement réeld’un système pluritechnique

Compétences attendues – Configurer le produit et le faire fonctionner ;– vérifier les performances au regard des spécifica-tions du cahier des charges ;– vérifier la conformité ou modifier tout ou partied’un schéma de puissance en utilisant un logiciel desimulation ;– éventuellement identifier et régler les paramètresde commande liés à la variation de vitesse (loi decommande) ;

– vérifier le respect de certaines contraintes formuléesdans le cahier des charges (temporelles, de sécurité) ;– modifier la spécification comportementale à l’aided’un éditeur (atelier logiciel, interface de développe-ment rapide) ;– générer automatiquement le programme etl’implanter dans le système cible ;– tester le fonctionnement.

Savoirs et savoir-faire associés Tous

SupportsUn système pluritechnique en état de fonctionnement.

CommentairesLes problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– relever les écarts entre la spécificationcomportementale (on se limitera au Grafcet) et lecomportement réel observé ;– identifier l’(es) origine(s) de ces écarts ;– proposer et réaliser des interventions matérielles etlogicielles sur la chaîne d’information pour répondreaux exigences du cahier des charges.

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Travaux pratiques – analysefonctionnelle

Thème AF1 – Approche externe del’analyse fonctionnelle : le CdCF

Compétences attendues – Identifier et définir le besoin auquel répond leproduit et ses fonctions de service ;– expliciter tout ou partie des spécifications ducahier des charges fonctionnel.

Savoirs et savoir-faire associés A1 Le cahier des charges fonctionnel

SupportsPlusieurs produits pluritechniques complets (grandpublic ou non).Leur CdCF complètement renseigné.

CommentairesCette activité ne portera que sur une phase de lecture.Les problématiques proposées doivent conduire lesélèves à :– valider la présentation générale de l’analyse enidentifiant entre autres l’utilisateur (qui), la valeurajoutée du produit (quoi), l’environnement d’utili-sation (où), les conditions d’utilisation (quand, com-ment), le but et la cause (pourquoi) ;– valider deux ou trois fonctions de service etquelques contraintes du tableau de caractéristiquesen explicitant la solution adoptée.

Thème AF2 – Approche interne del’analyse fonctionnelle : le FAST

Compétences attendues – Identifier et ordonner les fonctions techniquesqui contribuent à la satisfaction des fonctionsd’usage (diagramme FAST) ;– décrire l’architecture fonctionnelle d’un produitsous forme de schéma-bloc ;– identifier les éléments transformés et les flux(physique, énergie, information).

Savoirs et savoir-faire associés A2 L’analyse fonctionnelle interne

SupportsUn produit (complet ou partiel).Le FAST correspondant partiellement renseigné surles fonctions techniques, complètement renseignésur les fonctions de service.

CommentairesCette activité pourra porter sur trois phases :– une phase de lecture où l’élève pourra décoder lesparties renseignées du FAST, et séparer les fonctionsde service, les fonctions techniques et les solutions ;– une phase d’écriture où l’élève pourra pour deux outrois fonctions de service, visibles sur le produit et enrelation avec le programme, compléter le FAST par lesfonctions techniques et les solutions correspondantes ;– une phase de compréhension où l’élève pourra,pour une fonction de service complètement dérou-lée, identifier le parcours du flux d’information et/oud’énergie à travers le FAST.

Thème AF3 – Architecturefonctionnelle des chaînesd’information et d’énergie,frontières et flux

Compétences attendues – Identifier les éléments transformés et les flux(physique, énergie, information) ;– décrire l’architecture fonctionnelle sous forme deschéma-blocs ;– lister et caractériser les entrées et les sorties ;– identifier les différents constituants matériels et lesfonctions techniques réalisées ;– identifier les constituants du réseau d’alimentationélectrique et donner leurs caractéristiques.

Savoirs et savoir-faire associés A2 L’analyse fonctionnelle interneB11 Les actionneursB12 Les circuits de puissanceB22 Les composants mécaniques de transmissionC21 L’information

SupportsSystèmes pluritechniques :– intégrant un automate programmable industrielpermettant la commande d’un procédé industriel ;– à base de microcontrôleur intégrée dans unproduit ou un système grand public (audiovisuel,jeux, électroménager, outillage, loisirs, distributeursautomatiques, etc.).

CommentairesL’identification des énergies et des informations(nature et caractéristiques) s’effectuera en toutesécurité à partir de points de mesures ou sur la basede notes techniques des fournisseurs.Les problématiques proposées doivent conduirel’élève à :– découvrir les constituants réalisant les fonctionstechniques ;

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91Travaux pratiques – analyse fonctionnelle (annexe 2)

– définir les frontières respectives des chaînesfonctionnelles ;– identifier les grandeurs d’entrée et de sortie de lade la chaîne d’énergie ;– classifier les entrées et sorties de la chaîne d’infor-mation selon leurs origines ou leurs destinations

respectives (pupitre opérateur, chaîne d’énergie,autres chaînes d’information) ;– identifier la nature (logique, analogique, numé-rique) des informations échangées entre les blocsfonctionnels.

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Travaux pratiques –représentation du réel

Thème R1 – Construction des schémas de principe

Compétences visées– Représenter tout ou partie du produit sous formeschématique ;– identifier les constituants représentés.

Savoirs et savoir-faire associés D1 Schématisations mécaniques (cinématique,

technologique)

SupportsTout support (systèmes, sous-système, produit)présent dans le laboratoire.

CommentairesIl s’agit par l’observation et la manipulation desystèmes techniques ou de leurs représentations detraduire par un schéma non normalisé, mais quigagne souvent à être légendé, le ou les principesde fonctionnement exploités dans une chaîned’énergie.

Thème R2 – Constructiondes schémas cinématique,architectural ou technologique


Savoirs et savoir-faire associés D1 Schématisations mécaniques (cinématique,

technologique)

SupportsTout support (systèmes, sous-système, produit)présent dans le laboratoire.

CommentairesIl s’agit, lors de l’étude de tout ou partie de systèmespluritechniques d’établir, de compléter ou de déco-der des représentations en leur associant une exploi-tation pertinente :– analyse des mouvements et relations cinématiquespour le schéma cinématique minimal ;– mise en évidence des positions relatives des diffé-rentes liaisons entre les ensembles cinématiquementassemblés d’un mécanisme ;

– identification et agencement des différentscomposants pour le schéma technologique(éventuellement légendé).

Thème R3 – Construction des schémas électriques


Savoirs et savoir-faire associés D1 Schématisations normalisées : électriques,

électroniques (symboles et règles de repré-sentation)

SupportsTout support (systèmes, sous-système, produit) pré-sent dans le laboratoire et présentant une partie élec-trique (de commande et/ou de puissance) accessibleau niveau de compréhension de l’élève

CommentairesIl s’agit de l’activité de décodage et d’élaborationpartielle d’une représentation normalisée d’un cir-cuit de puissance et/ou de commande électriquesrelatif à tout ou partie d’un système pluritechnique.L’association d’une solution constructive d’une partà la fonction technique qu’elle assure et d’autre partà sa représentation symbolique, en appréciant leursdomaines respectifs d’exploitation, est caractéris-tique des sciences pour l’ingénieur.L’utilisation de logiciels d’assistance à la création deschémas électriques doit être envisagée si elle estergonomique et intuitive et n’exige pas un appren-tissage spécifique.

Thème R4 – Constructiondes schémas pneumatiques


Savoirs et savoir-faire associés D1 Schématisations normalisées : pneumatiques

(symboles et règles de représentation)

SupportsTout support (systèmes, sous-système, produit) présentdans le laboratoire et présentant une partie pneuma-tique accessible au niveau de compréhension de l’élève.

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Commentaires Il s’agit de l’activité de décodage et d’élaborationpartielle d’une représentation normalisée d’uncircuit de puissance et/ou de commande pneuma-tique relatif(s) à tout ou partie d’un système plu-ritechnique. L’association d’une solutionconstructive d’une part à la fonction techniquequ’elle assure et d’autre part à sa représentationsymbolique, en appréciant leurs domaines res-pectifs d’exploitation, est caractéristique dessciences de l’ingénieur.L’utilisation de logiciels d’assistance à la création deschémas pneumatiques doit être envisagée si elle estergonomique et intuitive et n’exige pas un appren-tissage spécifique.

Thème R5 – Représentationd’une pièce et arbrede construction

Compétences visées– Analyser morphologiquement les pièces et identifierles volumes élémentaires et les paramètres associés ;– représenter tout ou partie du produit à l’aide del’outil informatique 3D.

Savoirs et savoir-faire associés – Représentation en 3D par modeleur volumiqueparamétré variationnel : • différents modes de création de pièce,• arbres de construction,• relations entre paramètres géométriques et condi-

tions fonctionnelles ;– relation 3D-2D : mise en plan, coupes et sections ;– fonctionnalités d’habillage.

SupportsTout support (systèmes, sous-système, produit) pré-sent dans le laboratoire et présentant des piècesmécaniques dont les formes et les fonctions sontaccessibles au niveau de compréhension de l’élève.

Commentaires En sciences de l’ingénieur, l’accent sera mis sur larelation entre cotes fonctionnelles et paramètres deconstruction de la maquette numérique. Cetteactivité a donc comme préalable une réflexion surles conditions de fonctionnement de l’ensemble oudu sous-ensemble. Elle inclut la production, l’éditionet l’habillage de la représentation normalisée 2D decertaines pièces en vue d’une exploitation techniqueannoncée (cotation, fabrication, maintenance,documentation…).Cette activité doit être menée en liaison avec un sys-tème réel et permet de présenter les modes de construc-tion d’une pièce selon les activités envisagées :

– « Mode par assemblage » : analyse d’une pièceréelle, création de sa maquette numérique à partirdu réel et intégration virtuelle dans le mécanismepour vérifier les fonctionnalités.– « Mode dans l’assemblage » : analyse d’un méca-nisme réel et de sa représentation numérique, modi-fication et/ou intégration virtuelle d’une nouvellepièce construite selon des contraintes fonctionnelleset vérification des fonctionnalités de l’ensemble.– « Mode plan » : création d’une pièce dans un ensembleou sous ensemble à partir d’une épure générale (réservéaux activités de conception simples, en particulier auprojet).

Thème R6 – Représentation d’unmécanisme et arbre d’assemblage

Compétences visées– Identifier les différentes pièces constituantl’assemblage ;– analyser morphologiquement les pièces et identifierles volumes élémentaires et les paramètres associés ;– représenter tout ou partie du produit à l’aide del’outil informatique 3D.

Savoirs et savoir-faire associés – Représentation en 3D par modeleur volumiqueparamétré variationnel : • différents modes de création de pièce,• arbres de construction,• relations entre paramètres géométriques et condi-

tions fonctionnelles,• assemblage sous contrainte : arbre d’assemblage ;– exploitation de bases de données de composants ;– relation 3D-2D : mise en plan, coupes et sections ;– fonctionnalités d’habillage.


Commentaires En sciences de l’ingénieur, l’accent sera mis sur la rela-tion entre surfaces fonctionnelles, conditions fonc-tionnelles et paramètres de construction (en particu-lier les contraintes d’assemblage) de la maquettenumérique. Cette activité a donc comme préalable uneréflexion sur les conditions de fonctionnement de l’en-semble ou du sous-ensemble. Elle permet une sensibi-lisation au concept de degré de mobilité d’un méca-nisme et des limites induites par l’utilisation demodèles nominaux de surfaces et d’assemblages (nonprises en compte des IT, des jeux fonctionnels, desdéformations). Elle inclut l’édition et l’habillage de la

Travaux pratiques – représentation du réel (annexe 2)

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représentation normalisée 2D d’ensembles simpleslimités à quelques pièces.Cette activité doit être menée en liaison avec un sys-tème réel et permet de présenter le principe du « modeplan » à associer au « mode par assemblage » dansdes situations de conception (reconception, adapta-tion, modification) de systèmes simples.

Thème R7 – L’investigationsur une maquette numérique

Compétences visées– Identifier les différentes pièces constituantl’assemblage ;– analyser morphologiquement les pièces et identifierles volumes élémentaires et les paramètres associés ;– représenter tout ou partie du produit à l’aide del’outil informatique 3D.

Savoirs et savoir-faire associés – Représentation en 3D par modeleur volumiqueparamétré variationnel ;– relation 3D-2D : mise en plan, coupes et sections ;– fonctionnalités d’habillage.


Commentaires Il s’agit par une exploitation des fonctionnalitésbasiques du logiciel d’accéder à la structure d’un sys-tème défini par sa maquette numérique pour :– extraire des pièces ou sous-ensembles en fonctiond’un besoin spécifique ;– rechercher des limitations de fonctionnement(collisions, courses, dimensions…) ;– expliquer le fonctionnement d’un système (illus-tration commentée de phases, d’étapes, de situationsparticulières).

Thème R8 – Le croquis planet perspectif à main levée

Compétences visées– Identifier les différentes pièces constituantl’assemblage ;– analyser morphologiquement les pièces et identifierles volumes élémentaires et les paramètres associés.

Savoirs et savoir-faire associés Dessin et croquis à main levée pour exprimer uneidée, esquisser une solution, décrire graphiquementune observation.


Commentaires Dans une phase d’avant-projet ou dans une logiquede communication autour d’un système, il s’agit deréaliser à main levée des croquis permettant de pro-poser une solution dans le cadre d’un échange avantsaisie sur informatique.L’utilisation d’instruments basiques (règles) dans lamesure où ils facilitent la réalisation du schéma estnaturelle. L’important n’est pas le strict respect de lanormalisation mais un sens des proportions et unecompréhension des intentions de celui qui dessine.À cet égard des commentaires associés au croquispeuvent être pertinents.

Thème R9 – Le décodagede dessins 2D

Compétences visées– Identifier les différentes pièces constituantl’assemblage ;– analyser morphologiquement les pièces etidentifier les volumes élémentaires et les paramètresassociés.

Savoirs et savoir-faire associés – Relation 3D-2D : mise en plan, coupes et sections– fonctionnalités d’habillage.


Commentaires Cette activité reste très importante pour un futuringénieur qui s’y trouvera régulièrement confrontéau regard des bases installées dans l’industrie etaux exigences des modalités d’écriture du toléran-cement normalisé. Les activités doivent donc asso-cier très régulièrement cette thématique aux autrescentres d’intérêt. Le décodage peut s’appuyer sur desplans normalisés, des perspectives ou d’autresformes d’imagerie. Les activités associées à ce thèmedoivent également permettre d’aborder la cotationfonctionnelle et la spécification dans les limites duprogramme.

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