La fonction principale de tout système pluri technique est d’apporter une valeur ajoutée à un flux de matières, de données, d’énergie. Pour chacun, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et de conversion est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au flux entrant. Donc, une partie agit sur les flux de données (chaine d’informations), et l’autre agit sur les flux de matières et d’énergie (chaine d’énergie).

 

 

 

 

PROGRAMME 4e

« CONFORT ET DOMOTIQUE »

Séances

 

1 – Historique et géographie des solutions techniques

Comment le contexte historique et géographique influt-il sur la conception ?

2 Séances :

Plusieurs objets techniques portant la même dénomination ont pu évoluer en fonction de l’évolution des besoins et des technologies liées à l’époque, au lieu où ils ont été conçus ou installés.

1 Associer l’utilisation d’un objet technique à une époque, à une région du globe (2) – Adaptation aux besoins et à la société

3 Repérer dans les étapes de l’évolution des solutions techniques la nature et l’importance de l’intervention humaine à côté du développement de l’automatisation (2) – Evolution des solutions techniques

Investigation

Quel est le lien entre l’évolution des solutions techniques et l’évolution du besoin ?

Quel est le lien entre l’évolution des solutions techniques et l’évolution des technologies (non mécanisé – mécanisé – automatisé et informatisé)

2 Comparer les choix esthétiques et ergonomiques d’objets techniques d’époques différentes (2) – Adaptation aux besoins et à la société

4 Identifier les éléments qui déterminent le coùt d’un objet technique (1) – Contraintes économiques : coùt global

Activites :

Rechercher et collecter des informations sur le net, DVD, livres, constructeurs, …

Comparer les fonctions assurées, les principes techniques utilisés.

Observer et manipuler les objets présents dans le laboratoire.

Identifier les choix artistiques.

 

 

 

 

Supports :

Le téléphone met en évidence l’évolution des besoins en téléphonie liée à l’évolution des technologies.

2 – Prise en compte des contraintes dans la conception

Comment les contraintes sont-elles prises en compte dans la conception d’un objet technique ?

2 séances

Plusieurs objets techniques portant la même dénomination et devant répondre au même besoin peuvent utiliser des principes, des solutions techniques différentes dues aux contraintes technico-économiques différentes que l’objet doit respecter.

 

1 Mettre en relation des contraintes que l’objet technique doit respecter et les solutions techniques retenues (2) - Contraintes

4 Classer de manière qualitative plusieurs matériaux selon une propriété simple imposée par les contraintes que doit satisfaire l’objet technique (3) – Propriétés des matériaux

 

Investigation

Choix de solutions techniques en fonction des contraintes technico-économiques.

2 Identifier les éléments qui déterminent le coût d’un objet technique (1) – Contraintes économiques ; coût global

5 Mettre en relation le choix d’un matériau pour un usage donné, son coût et sa capacité de valorisation (2) – Caractéristiques économiques des matériaux

Activités :

Rechercher et collecter des informations sur le net, DVD, livres, constructeurs, …

Comparer les fonctions assurées, les principes techniques utilisés.

Observer et manipuler les objets présents dans le laboratoire .

Identifier les types de matériaux.

Identifier les choix artistiques.

 

 

 

3 Rechercher et décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée (2) – Solution technique

 

Supports :

Implantation d’un panneau photovoltaique –

portail automatique (choix en fonction des contraintes de fonctionnement et de sécurité) –

besoin de protéger les enfants d’une piscine (barrière, alarme, bâche, alarme infgrarouge)

3 – Source d’énergie, conversion d’énergie

Quelle est la source d’énergie extérieure utilisée par l’objet technique et quel est l’élément qui permet de la convertir ?

3 Séances

En s’appuyant sur l’analyse d’objet technique différents, on identifiera les actionneurs et on définira les principales caractéristiques (tension, intensité, pression, couple, force, vitesse, luminosité, …) des énergies d’entrée et de sortie.

1 Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction (2) – Représentation fonctionnelle

4 Comparer les quantités d’énergie consommées par deux objet techniques (2) – Efficacité énergétique

 

Investigation :

Des objets techniques à chaîne d’énergie « courte » (chaîne d’énergie se réduisant à l’actionneur et l’effecteur) assurent la même fonction et utilisent la même énergie, pourtant les actionneurs sont différents.

On augmente la surface d’appui d’un fluide et on augmente l’effort.

Ce sont tous des moteurs et pourtant ils sont différents : taille, courant continu ou alternatif, tension.

Ces deux ampoules produisent la même quantité d’énergie pourtant celle avec des diodes consomme moins que l’incandescente.

Constitution physique (circuit électrique constituant les moteurs, étanchéité nécessaire dans un vérin, guidage au bon fonctionnement).

Matériaux utilisés et utilisables.

Deux objets techniques semblent identiques pourtant l’un produit de l’énergie, l’autre en consomme.

 

2 Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique (3) – Représentation fonctionnelle

 

5 Indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l’objet technique (2) – Efficacité énergétique

Activités :

Identifier des éléments de conversion de l’énergie sur des systèmes différents.

Manipuler, démonter les objets supports d’étude.

Choisir l’outil adapté en fonction de la caractéristique que l’on veut mesurer.

Effectuer des mesures sur l’objet technique en utilisant un protocole de test adapté.

Réaliser une maquette d’un système en remplaçant le vérin par des seringues de diamètres différents et mesurer l’effort là où d’habitude on applique la main.
Remplacer une alimentation à pile par une alimentation à panneaux solaires sans diminution des performances.
Valider le choix d’un matériau par comparaison avec d’autres mis dans la même situation.

3 Mettre en place et interpréter un essai pour mettre en évidence une propriété électrique ou thermique donnée (2) – Propriétés des matériaux 

6 Identifier les éléments qui les composent (1) – Chaîne d’énergie

Supports :

Ouvre portail (énergie électrique – moteur – bras / énergie électrique – verin –bras, en passant par un compresseur intégré (moteur+pompe)

voiture télécommandée à pile – éolienne et ventilateur – Lampe de poche à led -

4 – Transmission – Conversion de l’énergie

Par quoi et comment est transmise, transformée l’énergie dans un objet technique ?

 

4 séances

En s’appuyant sur l’analyse d’objets techniques différents, on identifie et analyse les performances (comparaison énergie entrée / énergie sortie) des différents constituants transmettant ou transformant l’énergie.

1 Décrire sous forme de schéma, le fonctionnement de l’objet technique (1) – Représentation fonctionnelle

6 Vérifier la capacité de matériaux à satisfaire une propriété donnée (1) – Propriétés des matériaux

 

Investigation :

Caractériser la transformation de mouvement entre l’entrée et la sortie de la chaîne.

Maîtriser la vitesse : régulation, variation.

Deux chaînes de transmission semblent identiques pourtant l’une fonctionne, l’autre non car il y a trop de frottements.

Matériaux utilisés et utilisables.

2 Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction (2) – Représentation fonctionnelle

7 Comparer les quantités d’énergie consommées par deux objets techniques (2) – Efficacité énergétique

Activité :

Représenter le flux d’énergie sur une représentation de l’objet technique ou d’un schéma.

Identifier des éléments de transmission, de tansformation de l’énergie.
Manipuler, démonter les objets techniques supports d’étude.

Effectuer des mesures sur l’objet technique en utilisant un protocole de test adapté.
Utiliser des logiciels.

Assembler réellement ou virtuellement des éléments permettant de réaliser une fonction voulue.
Rechercher des informations sur le net.

3 Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique (3) – Représentation fonctionnelle

 

8 Indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l’objet technique (2) – Efficacité énergétique

Supports :

Eolienne et ventilateur  – robot ménager – lecteur dvd – scanner -

4 Créer une représentation numérique (3) – Représentation structurelle : modélisation du réel

9 Repérer à partir du fonctionnement d’un système automatique la chaine d’énergie (1) – Chaîne d’énergie

 

 

5 Rechercher et sélectionner un élément dans une bibliothèque de  constituants pour l’intégrer dans une maquette numérique (3) – Représentation structurelle : modélisation du réel

 

10 Identifier les éléments qui les composent (1) – Chaîne d’énergie

 

 

5 – Acquisition et transmission de l’information

Par quoi et comment sont réalisées l’acquisition et la transmission de l’information ?

4 Séances

Notion de capteur qui permet l’acquisition de l’information et on s’intéresse aux composants qui renvoient des ordres à la chaîne d’énergie.

Identifier la nature d’une information et du signal qui la porte sans rentrer dans le fonctionnement de ce capteur.

1 Décrire sous forme schématique le fonctionnement de l’objet technique (1) – Représentation fonctionnelle

5 Identifier la nature d’une information et du signal qui la porte (1) – Forme du signal

Investigation :

Les capteurs dans l’environnement proche.

Les fonctions assurées par les différents composants.

Les modes de transmission.

Grandeur mesurée, grandeur renvoyée.

 

2 Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction (2) - Représentation fonctionnelle

6a Identifier les composants d’une interface entre chaîne d’énergie et d’informations (2) – Interface – Mode de transmission avec ou sans fil

 

6b Repérer le mode de transmission pour une application donnée (1) - Interface – Mode de transmission avec ou sans fil

Activités :

Représenter le flux d’informations sur une représentation de l’objet technique.
Identifier les éléments permettant d’assurer la fonction acquérir.
Identifier et utiliser une interface homme machine ou d’interconnections.
Identifier la nature des grandeurs physiques captées.

Décrire par schéma blocs une décomposition structurelle.
Identifier les éléments porteurs de l’information.
Etablir les liaisons physiques entre l’élément de traitement et les différents périphériques.

 

3 Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique (3) – Représentation fonctionnelle

7 Associer un mode de transmission à un besoin donné (1) – Transport du signal

Supports :

Système de surveillance (déclencheur de présence – détecteur de fumée – détecteur d’ouverture – clavier à codes – détecteur de mouvements) – détecteur de présence – balance de pesée – réseau internet ou intranet – wifi – scanner -

4 Identifier les modes et dispositifs d’acquisition de signaux, de données (1) – Acquisition de signal

8 Mettre en place et interpréter un essai pour mettre en évidence une propriété électrique ou thermique donnée (2) – Propriétés des matériaux

 

 

6 – Régulation du milieu ambiant

Par quoi et comment est régulée l’énergie pour améliorer le confort de l’utilisateur ?

2 séances

On s’intéresse aux moyens qui permettent de réguler l’ambiance (température, hygrométrie, …) afin de réduire les agressions dues au froid, au chaud, à la lumière, au volume sonore, à l’air ambiant, …

Mettre en évidence la relation avec le développement durable

1 Décrire sous forme schématique le fonctionnement de l’objet technique (1) –

Représentation fonctionnelle

6 Comparer les quantités d’énergie consommées par deux objets techniques (2) –

Efficacité énergétique

Investigation

- Les systèmes régulés de l’environnement proche de l’élève

- Les matériaux utilisés et utilisables

– Economie d’énergie, développement durable

- Mesure (températures, consommation électrique, volume sonore, luminosité, …), échanges thermiques

2 Associer à chaque bloc fonctionnel les compsoants réalisant une fonction (2) – Représentation fonctionnelle

7 Indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l’objet technique (2) – Efficacité énergétique 

Activites

- Indiquer le flux d’énergie sur une représentation de l’objet technique ou d’un schéma

- Identifier des éléments de transmission, de transformation de l’énergie

- Manipuler, démonter les objets étudiés

- Observer l’évolution du flux d’énergie dans l’objet technique en fonctrionnement

3 Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique (3) – Représentation fonctionnelle

8 Identifier dans la chaine de l’énergie, les composants qui participent à la gestion de l’énergie et du confort (1) – Gestion de l’énergie, régulation

 

- Filmer un objet technique en fonctionnement

- Comparer deux objets techniques proches de l’environnement élève

- Choisir l’outil adapté en fonction de la caractéristique que l’on veut mesurer sur la chaine d’énergie

- Effectuer des mesures sur l’objet technique en utilisant un protocole de tests adaptés

4 Mettre en place et interpréter un essai pour mettre en évidence une propriété électrique ou thermique donnée (2) – Propriétés des matériaux

9 Repérer, à partir du fonctionnement d’un système automatique la chaine d’énergie (1) – Chaine d’énergie

 

- Utiliser des logiciels

- Assembler réellement ou virtuellement des éléments permettant de réaliser une fonction voulue

– Rechercher des informations sur la toile

 

5 Vérifier la capacité des matériaux à satisfaire une propriété donnée (1) – Propriétés des matériaux

10 Identifier les éléments qui les composent (1) –

Chaine d’énergie

Supports

Climatiseur, radiateur électrique, chauffage domestique, humidificateur, sonde thermostatique d’un robinet de radiateur appartenant à un circuit de chauffage

 

11 Identifier les modes et dispositifs d’acquisition de signaux, de données (1) –

Acquisition de signal

 

 

7 – Commande ou pilotage

Par quoi et comment est commandé un objet technique ?

4 séances

Identifier l’élément (automate, carte électronique) permettant la commande d’un système pluri technique

Analyser ou modifier un programme simple utilisant un langage graphique à partir duquel est généré automatiquement le programme à implanter dans le système

Mettre en évidence le type de pilotage utilisé en fonction du domaine d’application (industriel pour les automates, grande diffusion pour une carte électronique ou un composant programmable)

1 Décrire sous forme de schéma le fonctionnement de l’objet technique (1) –

Représentation fonctionnelle

6 Modifier la représentation du programme de commande d’un système pour répondre à un besoin donné et valider le résultat obtenu(2) –

Traitement du signal

Investigation

Identifier les éléments de commande ou de pilotage – Matériaux utilisés ou utilisables – Mode manuel ou automatisé

2 Associer à chaque bloc fonctionnel les composants réalisant une fonction (2)

Représentation fonctionnelle

7 Mettre en place et interpréter un essai pour mettre en évidence une propriété électrique ou thermique donnée (2) – Propriétés des matériaux

Activités

Manipuler, démonter les objets supports d’étude – choisir l’outil adapté en fonction de la caractéristique que l’on veut mesurer sur la chaine d’informations – effectuer des mesures sur l’objet technique en utilisant un protocole de test adapté – utiliser des logiciels – assembler réellement ou virtuellement des éléments permettant de réaliser une fonction voulue – rechercher des informations sur internet – relier une carte élec tronique à ses divers périphériques et tester le fonctionnement – implanter un programme dans un automate et tester le fonctionnement – modifier une partie du circuit de commande et en observer les conséquences – observer le fonctionnnement d’un système automatisé afin d’identifier la succession des étapes

3 Repérer à partir du fonctionnement d’un système automatique la chaine d’info(1) Chained’informations

4 Identifier les éléments qui les composent(1)– chained’info

8 Identifier une condition logique de commande (2) – Commande d’un objet technique et logique

Supports

Maquette équipée d’un automate : ascenseur, barrière …

Supports équipés d’une carte électronique : électroménager, alarme, jouet, bureautique, …

5 Identifier les étapes d’un programme de commande représenté sous forme graphique (1) - Traitement d’un signal

9 Etablir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique (3) – Représentation fonctionnelle

 

 

 

8 – Conception et réalisation d’un système automatique

Comment gérer un projet de conception et la réalisation d’un système automatisé ?

6 séances

 

1 Mettre en relation des contraintes que l’objet technique doit respecter et les solutions techniques retenues(2)contrainte

9 Identifier et classer les contraintes de fonctionnement, d’utilisation, de sécurité du poste de travail (2) – règle de sécurité

Investigation :

- A partir de solutions techniques identifiées (ex pour automatiser un ouvre barrière), les élèves mènent une analyse de la mise en œuvre de cette solution technique (recherche d’info, de solutions sur l’internet, doc technique, brainstorming)

2 Identifier les élèments qui déterminent le coût d’un objet technique (1) - contraintes éco : coût global

10 Organiser le poste de travail (3) – règles de sécurité

 

- La planification de la mise en œuvre est imaginée et la réalisation de ces solutions permet de comparer, valider les planifications imaginées

- L’automatisation de plusieurs systèmes différents peut donner lieu à la meme démarche

3 Rechercher plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée (2) - Solution technique

11 Enoncer les contraintes techniques liées à la mise en œuvre d’un procédé de réalisation (2) – contraintes liées aux procédés et modes de fab

Activites :

Rechercher et collecter des infos sur internet, dvd, livres, constructeurs...

4 Choisir et réaliser une solution technique (3)–Solution technique

12 Mettre en relation des caractéristiques géométriques d’un élément et son procédé de réalisation (2) - Contraintes liées aux procédés et modes de fab

Supports :

Système de captage, de protection de piscine (enrouleur de bâche), jet d’eau, …

5 Créer une représentation numérique (3) –Représentation structurelle : modéliser le réel

13 Préparer un protocole de tests ou de contrôle en fonction des moyens disponibles (2)

 

 

6 Vérifier la capacité de matériaux à satisfaire une propriété donnée (1) – Propriétés des matériaux

14 Compléter ou modifier un planning pour adapter la réalisation d’un objet technique en fonction d’aléas (2) – Processus de réalisation

 

 

7 Effectuer un contrôle qualité de la réalisation pour chaque opération importante (3) – Contraintes liées aux procédés de contrôle et de validation

15 Réaliser tout ou partie du prototype d’un objet technique (3) – Processus de réalisation

 

 

8 Créer et justifier tout ou partie d’un planning (2) – Planification des activités