Les nouveaux programmes
du lycée
Sciences de l’ingénieur
Classe de première et de terminale S
Document d’accompagnement
Ce document d’accompagnement est principalement destiné aux professeurs qui sont chargés d’enseigner ce programme. Il a
donc pour objet : d’une part de préciser les objectifs et les orientations du programme, d’autre part de formuler des
recommandations sur l’organisation de l’enseignement et sa mise en œuvre.
Orientations générales
créatif et l’esprit d’innovation. La formation en SI les
Introduction
prépare ainsi à la poursuite d’études dans les formations
d'ingénieur ou de technicien supérieur.
Les sciences de l’ingénieur (SI) contribuent à répondre aux
besoins en compétences scientifiques et techniques pour
Intentions du programme
concevoir, produire et maintenir les produits de notre
société.
La formation prend appui sur les grandes fonctions des
Ces derniers intègrent de multiples fonctions faisant appel
produits actuels, qu’ils soient issus des milieux industriels
à différentes technologies. Pour répondre aux exigences
ou de l’environnement quotidien des élèves.
des utilisateurs en termes de qualité, coût, délai, l’activité
Outre la connaissance de solutions constructives, l’étude
industrielle de conception et de production, s’est organisée
des produits et des systèmes pluritechniques vise à
en ingénierie simultanée et concourante, qui requiert de
développer une capacité essentielle pour un technicien
chacun des acteurs d’appréhender l’ensemble des fonctions
supérieur et un ingénieur qui est la perception de la
qui coopèrent au sein du produit. Dans ce cadre, la
relation "modèle-réel", aller et retour permanent reliant
capacité
à
concevoir
un
produit
nécessite
la
étroitement le concret à sa représentation.
compréhension
des
principes
qui
régissent
son
La formation doit ainsi progressivement permettre à
fonctionnement, une culture pluritechnique des solutions
l’élève d’associer la solution constructive (existante ou
constructives, et une capacité à comprendre et expliciter
imaginée et représentée) à son comportement, à l'aide des
leur comportement réel.
modèles scientifiques du niveau d'un élève de première ou
Les sciences de l'ingénieur en classe de première et de
de terminale.
terminale S poursuivent trois ambitions :
L'approche proposée dans le programme s'appuie sur le
construire des savoirs dans des grands domaines de
concept de chaîne de fonctions, décliné en chaîne d'énergie
technologie actuels ;
et en chaîne d'information qui constituent, avec l'analyse
apprendre à conjuguer ces savoirs et savoir-faire
fonctionnelle et la représentation, les axes principaux de la
dans des démarches structurées d’analyse et de
formation . Cette structuration permet d’appréhender le
conception ;
maillage des différentes fonctions et l'homogénéité des
intégrer la dimension sociale et humaine de la
solutions constructives retenues.
technologie lors de travaux organisés en groupes de
Ainsi, les grands
champs technologiques actuels : la
projet.
mécanique,
l'automatique,
l'électrotechnique,
La stratégie pédagogique à mettre en œuvre, pour
l'électronique, le traitement de l’information et les réseaux
construire petit à petit chez l'élève la démarche de
de communication, sont abordés dans une même logique
conception, procède d’une approche progressive de la
de
chaîne
fonctionnelle,
en
dégageant
les
points
complexité des produits et systèmes supports d’études, par
fondamentaux de la formation, à savoir :
l’alternance d’activités d’analyse de solutions existantes et
les fonctions techniques et les solutions constructives
d’activités de synthèse pour comprendre, faire évoluer,
satisfaisant un besoin spécifié dans un cahier des
modifier ou créer et représenter tout ou partie d’un produit.
charges ;
L’organisation de la formation s’appuie sur des approches
les modèles associés et leur utilisation pour l’étude
pluridisciplinaires de problèmes techniques bien délimités,
scientifique des comportements ;
et sur le travail en équipe des élèves. La réalisation d’un
les langages et les techniques de représentation des
projet pluritechnique en fin de cycle de formation
solutions réelles ;
contribue à développer chez eux le goût du travail en
les outils et démarches de conception des produits.
équipe, les capacités d’écoute et d'argumentation, le sens
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 1/23
Organisation de l’enseignement
Ce type d’activité s’inscrit dans la même logique que le
Principes fondateurs
mini-projet introduit dans le nouveau programme ISI en
classe de seconde. Cette évolution importante par rapport à
Le dispositif de formation proposé fait une large place aux
l’ancien programme concrétise la volonté de mettre en
travaux pratiques, tout en ménageant une plage de deux
place une première esquisse de la démarche de conception.
heures hebdomadaires de cours en classe entière. Selon le
Il s’agit en particulier d’amener l’élève à :
choix du professeur, ces heures de cours visent :
expliciter la relation besoin-fonction ;
à la découverte des concepts et à l’acquisition des
définir ou modifier
une solution constructive
connaissances qui en relèvent, dans le cadre d’une
répondant à un cahier des charges ;
préparation aux travaux pratiques ;
représenter une solution ;
à des phases de synthèse des connaissances, menées
quantifier
des
paramètres
influents
du
dans le cadre d’un centre d’intérêt à l’issue des
comportement ;
activités de travaux pratiques ;
réaliser et/ou mettre en œuvre tout ou partie d’une
à des exercices d’application destinés à conforter une
solution constructive ;
connaissance ciblée ;
travailler en équipe et communiquer.
à des évaluations collectives dans la logique de
C’est dans ce type d’activité que les sciences de
l’épreuve écrite de l’examen.
l’ingénieur prennent tout leur sens et induisent, par une
démarche créative, le goût pour la réussite.
Les travaux pratiques constituent le cœur du dispositif de
formation.
Qualitativement, ils permettent de privilégier des activités
Axes principaux de la formation
concrètes
de
découverte,
de
compréhension,
de
La formation en SI repose sur quatre axes qui structurent
constatation, de manipulation et d’alternance entre réel et
les acquis. Les axes retenus, relatifs aux produits
modèles.
pluritechniques, sont les suivants :
Quantitativement, le temps qui leur est consacré est
la chaîne d’information (I) ;
important et permet de proposer un nombre significatif de
la chaîne d’énergie (E) ;
plages d’activités pratiques : environ 80 plages de deux
l’analyse fonctionnelle (AF) ;
heures sur l’ensemble des deux années de formation, en
la représentation et la schématisation (R).
décomptant
des
heures
d’évaluation
et
de
Projet
Pluritechnique Encadré (PPE). Il est donc indispensable
Les deux premiers axes sont abordés selon les points de
que les équipes pédagogiques s’investissent dans leur
vue suivants :
définition et leur organisation.
structures fonctionnelles, architectures matérielles et
Pour aider à la préparation et à la mise en œuvre des TP,
logicielles ;
des cours et du projet, il est important de répondre aux
questions suivantes.
connaissance des solutions constructives ;
Quels sont, parmi les savoirs et les savoir-faire
comportements attendus ;
cognitifs identifiés dans le référentiel, ceux qui
principes, règles et lois qui les régissent.
relèvent le plus de situations de travaux pratiques et
ceux
qui
peuvent
être
abordés
et
transmis
Les deux derniers axes s’intègrent de façon naturelle dans
efficacement en cours ? Cette identification relève de
toute analyse d’un système pluritechnique. Ils permettent
la responsabilité de l’équipe enseignante qui intègre
de le justifier par une approche technico-économique
dans
ses
choix
des
contraintes
éducatives,
structurée
et
de
s’approprier
les
différents
outils
didactiques, techniques, matérielles, temporelles, … ;
nécessaires à la représentation et à la définition technique
Quels sont les supports de travaux pratiques les plus
des solutions.
adaptés ou les plus pertinents pour atteindre avec
Ces 4 axes correspondent à des connaissances identifiées
efficacité les objectifs visés par l’activité pratique
dans le chapitre C du référentiel.
(type de support, instrumentation, …) ?
Comment articuler les activités (cours, TP, projets)
Centres d'intérêt et thématiques à
durant l’année scolaire, avec quels centres d’intérêt ?
aborder en travaux pratiques
Comment enchaîner les centres d'intérêt et choisir les
répétitions et redondances utiles ?
Les activités pratiques s’articulent autour de douze centres
L’annexe 2 de ce livret présente, pour chaque axe de
d’intérêts (CI) particuliers qui sont associées aux axes
formation et pour chacun des centres d’intérêt proposés,
principaux de la formation. Le centre d'intérêt, qui est de
des thèmes d’étude qui méritent d’être abordés par le biais
nature
cognitive
ou
méthodologique,
cible
la
de travaux pratiques.
préoccupation pédagogique sur une classe de problèmes ou
Cette approche permet aux équipes pédagogiques de bâtir
de solutions technologiques. Il permet de déterminer les
des parcours d’apprentissages efficaces et motivants.
activités proposées aux élèves, et constitue un cadre de
Parallèlement
aux
activités
d’analyse,
l’approche
structuration des acquis. L'identification d'un centre
progressive de la synthèse conduit à la réalisation d’un
d'intérêt résulte de l'analyse du programme (compétences
ème
projet pluritechnique au cours du 2
semestre de l’année
et savoirs) et de l’identification de points clés de la
de terminale.
formation.
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les contraintes matérielles touchant aux objets,
Les centres d'intérêt permettent :
systèmes, appareillages divers et environnement
une gestion temporelle du groupe d'élèves et la
informatique disponibles.
construction de schémas de formation avec une
En identifiant quelques centres d’intérêts choisis pour leur
gestion par cycles ;
pertinence et leur opérationnalité, l’équipe pédagogique
d’exploiter des supports différents ; réciproquement,
pourra choisir de bâtir des parcours de formation structurés
un même support technique peut contribuer aux
et dynamiques fondés sur à la fois une alternance et une
apprentissages concernant plusieurs centres d'intérêt,
association des centres d’intérêt
traités,
avec
une
ainsi tous les élèves d'un groupe n'ont pas
progressivité des apprentissages proposés dans chaque CI.
nécessairement fait les mêmes manipulations à l'issue
Pour aider les professeurs dans cette tâche, chaque centre
du cycle, mais ils ont eu la possibilité d'apprendre la
d’intérêt
est
accompagné
d’une
liste
de
thèmes
même chose ;
fondamentaux à traiter lors de travaux pratiques, de
de
limiter
le
risque
de
parcellisation
des
manière isolée ou en association avec d’autres.
connaissances dans le temps, éloignant les phases de
Le document d’accompagnement propose 12 centres
découverte et d’action des moments de synthèse et de
d’intérêt présentés dans le tableau 1 auxquels sont
consignation des connaissances (défaut accentué
associées des thématiques de TP. Les thématiques qui
lorsque le nombre de TP différents est élevé et
doivent faire l’objet de travaux pratiques spécifiques
lorsqu’ils traitent de thèmes d’études différents) ;
d’approfondissement plus importants que la moyenne sont
lorsque le professeur arrive à proposer dans une
repérés par une astérisque (*).
même séquence de travaux pratiques des activités
Cette proposition ne préjuge pas de l’évaluation et peut
centrées autour d’un nombre de thèmes limités, cela
parfaitement être modifiée dans la pratique. Elle se veut
réduit la durée d’un cycle de TP, limite les phases de
simplement une aide à l'organisation des apprentissages
présentation et de synthèse et rapproche les phases
durant les deux années et l'ajout d'un ou deux points par
d’action de celles de formalisation.
dédoublement de quelques-unes des propositions est
La gestion des centres d'intérêt dans les cycles successifs
envisageable pourvu qu'il soit formalisé et qu'il résulte
de travaux pratiques doit prendre en compte :
d'une réflexion de l'ensemble de l'équipe pédagogique.
les contraintes de durées (une proposition de
En effet, si un TP doit viser un ou plusieurs objectifs
répartition des durées d’enseignement est donnée
d’apprentissage, il doit aussi s’intégrer dans un
dans l’annexe 1) ;
dispositif technologique plus large qui le justifie et lui
les contraintes d'antériorité entre activités ; en
donne du sens. Certains thèmes feront appel à
particulier un même centre d'intérêt peut être présent
plusieurs TP pour atteindre l’ensemble des objectifs et
dans
des
cycles
successifs
mais
avec
des
il sera souvent nécessaire, sur l’initiative de l’équipe
compétences
visées
ou
des
degrés
pédagogique, et pour une même thématique, de
d'approfondissement
progressivement
plus
renouveler certains TP avec des supports différents
importants ;
pour asseoir progressivement les acquis des élèves.
La liste ne préjuge en rien de l’ordre dans lequel ils seront
effectués.
Tableau 1 : Thématiques de T.P. à réaliser.
Axe
Thématique
Contenu global associé
CI.1 : Fonctionnalités, architecture et structure d’un système pluritechnique
AF1
Approche externe de l’analyse
L’identification du besoin d’un produit, de ses fonctions de service et de son
fonctionnelle : le CdCF
cahier des charges fonctionnel.
AF2
Approche interne de l’analyse
L’architecture fonctionnelle d’un produit, ses fonctions techniques, et les
fonctionnelle : le FAST
flux (physique, énergie, information) qui conditionnent son fonctionnement.
AF3
Architecture fonctionnelle des chaînes
La notion de frontière de description et la typologie des entrées et des
d’information et d’énergie, frontières et
sorties.
flux
CI.2 : Représentation et schématisation
R1
Elaboration des schémas de principe
La traduction par un schéma non normalisé d’un principe, d’une solution
constructive observée.
R2*
Elaboration des schémas cinématiques,
Le codage normalisé de tout ou partie d’un système pour analyser ses
architectural ou technologique
mouvements, son architecture, ses composants.
R3
Elaboration des schémas électriques
L’observation et le décodage d’un circuit de puissance électrique et sa
représentation normalisée symbolique.
R4
Elaboration des schémas pneumatiques
L’observation et le décodage d’un circuit pneumatique et sa représentation
normalisée symbolique.
R5*
Représentation d'une pièce et arbre de
L’observation et l’identification de contraintes fonctionnelles d’un
construction
sous-ensemble réel et leur influence sur l’arbre de construction d’une pièce.
R6*
Représentation d’un mécanisme et arbre L’observation et l’identification de contraintes fonctionnelles d’un
d'assemblage
sous-ensemble réel et leur influence sur les contraintes d’assemblage et
l’arbre d’assemblage.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 3/23
R7*
L'investigation sur une maquette
L’exploitation des fonctionnalités basiques du logiciel pour :
numérique
o extraire des pièces ou sous-ensembles en fonction d'un besoin
spécifique ;
o rechercher des limitations de fonctionnement ;
o expliquer le fonctionnement d’un système.
R8
Le croquis plan et perspectif à main
L’intérêt et une maîtrise relative des croquis à main levée non normés pour
levée
exprimer une idée, un principe, préparer une construction.
R9
Le décodage de dessins 2D
Les principes du codage 2D normalisé, décoder de manière univoque un
plan 2D d’ensemble et de définition, interpréter correctement une cotation
ISO simple.
CI.3 : Motorisation, conversion d’énergie
E1
Structure et fonctionnement d’un moteur
Le principe de fonctionnement, de construction et de pilotage d’un moteur à
à courant continu à vitesse variable
courant continu devant fournir une vitesse variable.
E2
Structure et fonctionnement d’un moteur
Le principe de fonctionnement, de construction, de commande, de
asynchrone
protection d’un moteur asynchrone.
E3
Structure et fonctionnement d’un
Le principe de fonctionnement, de construction et de pilotage d’un
actionneur linéaire
actionneur linéaire devant fournir un effort donné.
CI.4 : Guidages et assemblages
E8
Etude de la fonction : assemblage
Les
principales
solutions
constructives
de
liaisons
complètes,
démontables et permanentes, standardisées et spécifiques.
E9 *
Etude de la fonction : guidage en
Les principales solutions constructives de guidages en translation,
translation
standardisées et spécifiques.
E10 *
Etude de la fonction : guidage en rotation
Les principales solutions constructives de guidages en rotation,
standardisées et spécifiques.
E14
Modélisation des assemblages mécaniques
Le principe du passage du réel au modèle cinématique d’un assemblage,
comportement local et mobilité d’une liaison
CI.5 : Transmission de puissance, transformation de mouvement
E11
Etude de la fonction transmission de
Le principe de transmission de puissance (géométrie, couple, vitesse,
puissance entre arbres parallèles
pertes) sur le cas particulier d’un mécanisme intégrant des arbres parallèles.
E12 *
Etude de la fonction transformation de
Le principe de transformation de mouvement
(géométrie, trajectoires,
mouvement
vitesse, accélérations) sur le cas particulier d’un mécanisme intégrant un
mouvement plan.
E15 *
Mouvements de solides plan sur plan
Les concepts de trajectoire, de vitesse et d’accélération, de modélisation
vectorielle pour un mouvement particulier plan sur plan.
E17 *
Simulation du comportement mécanique
Le fonctionnement et le dimensionnement d’un mécanisme par simulation
(cinématique) d’un système
informatique à partir d’un modèle.
CI.6 : Comportement statique et élastique des solides
E13 *
Principe de l’isolement et étude de
La modélisation vectorielle des efforts, la notion d’isolement d’un solide
l’équilibre statique d’un solide
dans un mécanisme et le principe d’un solide en équilibre statique.
E18
Sollicitations et déformations élastiques
Les concepts de sollicitations simples, des déformations associées et des
d’un solide
exemples d’utilisation techniques classiques (ressorts).
E19
Simulation du comportement mécanique Les rôles des formes, des dimensions, du matériau d’une pièce simple par
sous charge d’une pièce
simulation informatique du comportement sous charge à partir de sa
maquette numérique.
CI.7 : Comportement dynamique et énergétique des systèmes
E4 *
Architecture, puissance et rendement
L’existence et la transformation de différentes formes d’énergie, leur
d’une chaîne d’énergie
dégradation et la relation entre énergie et puissance.
E7
Chaîne d’énergie directe et inverse :
Le principe de la réversibilité mécanique étudié sur un mécanisme intégrant
réversibilité
un système ou un composant approprié et le principe de la dissipation de
l’énergie en chaîne inverse.
CI.8 : Pilotage, contrôle et comportement d’un système pluritechnique
E5
Liaison entre la chaîne d’énergie et la
Les relations et connexions entre chaînes d’information et d’énergie, d’un
chaîne d’information
point de vue interface de puissance.
E6 *
La modulation de l’énergie (liaison avec Les relations et connexions entre chaînes d’information et d’énergie d’un
la chaîne d’information)
point de vue commande de la modulation de l’énergie.
I5 *
La commande de la chaîne d’énergie
Les relations entre chaînes d’information et d’énergie d’un point de vue
interface de commande avec la puissance.
I13 *
Comportement réel d’un système
Les écarts entre le comportement spécifié d’une commande et un
pluritechnique
comportement réel observé.
CI.9 : Acquisition et conditionnement des informations
I3
Transformation d’une grandeur
Les principales solutions de transformation d’une grandeur physique à
physique à mesurer en une grandeur
mesurer en une grandeur mesurable par détecteur TOR.
mesurable par détecteur TOR
Les contraintes de compatibilité d’une chaîne d’acquisition avec une chaîne
d’information.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 4/23
I4
Transformation d’une grandeur
Le conditionnement du signal.
physique à mesurer en une grandeur
Le traitement des signaux numériques en sortie du capteur.
mesurable par capteur à sortie
analogique ou numérique
CI.10 : Traitement de l’information
I1
Structure et principe de fonctionnement
Les structures matérielles et les spécificités de fonctionnement des API dans
d’un automate programmable industriel
le contexte du contrôle de processus industriels.
I2
Structure et principe de fonctionnement
La structure matérielle et les spécificités des systèmes à base de
d’un système à base de carte à
microcontrôleur.
microprocesseur
I11
Les systèmes numériques : mise en
La notion de réutilisation. Composants logiciels réutilisables dans un
œuvre d’un microcontrôleur
langage de haut niveau
La lecture de la traduction d’une partie d’un algorithme en langage de haut
niveau.
CI.11 : Systèmes logiques (traitement combinatoire et séquentiel) et numériques
I6 *
Les systèmes logiques combinatoires
La
commande
combinatoire
de
systèmes
simples
ainsi
que
les
représentations associées.
I7 *
Systèmes logiques séquentiels : la
La fonction mémoire et les technologies associées : réalisations logicielles et
fonction mémoire
matérielles.
I8 *
Systèmes logiques séquentiels : les
Les boites fonctionnelles comptage et retard ainsi que les caractéristiques
fonctions comptage et retard
d’évolution temporelle des entrées / sorties de ces opérateurs.
I9 *
Systèmes logiques séquentiels : Grafcet
La description de comportements séquentiels par l’outil Grafcet. Son
utilisation et sa mise en œuvre.
I10
Systèmes numériques : implantation
Les bases de l’algorithmique appliquées à des systèmes ainsi que la mise en
d’un algorithme en langage littéral
œuvre de programmes de commande de processus simples.
structuré
CI.12 : Communication et réseaux
I 12 *
La communication de l’information
L’architecture d’un réseau de communication ainsi que sa configuration
(adressage).
Les contraintes de compatibilités des constituants interconnectés.
Utilisation des niveaux
Niveau 3
C'est le niveau de la maîtrise d'outils . Cette maîtrise
taxonomiques
porte sur la mise en œuvre de techniques, de règles et de
S'il n'était pas limité par des niveaux taxonomiques, le
principes en vue d'un résultat à atteindre. C'est le niveau
programme de SI aurait une dimension telle qu'il pourrait
d'acquisition de savoir-faire cognitifs (méthode, stratégie,
convenir à des formations supérieures. La prise en compte
…). Ce niveau permet donc de simuler, de mettre en œuvre
de ces niveaux d'acquisition et de maîtrise est donc un
un équipement, de réaliser des représentations, de faire un
élément déterminant pour la construction de la formation
choix argumenté, etc.
en Sciences de l'Ingénieur.
Niveau 4
La
difficulté,
pour
l'élaboration
des
séquences
C’est le niveau de la maîtrise méthodologique . Il vise à
d'enseignement, est relative au degré d'approfondissement
poser puis à résoudre les problèmes. Il correspond à une
qu'il y a lieu d'effectuer par rapport à un savoir ou un
maîtrise totale de démarche en vue d'un but à atteindre.
savoir-faire. Dans le cadre du baccalauréat S-SI quatre
Le programme de SI n'a pas, en terme de savoirs,
niveaux ont été retenus :
d'objectifs de niveau 4.
Niveau 1
Il est clair que si chacun des niveaux contient le précédent,
C'est le niveau de l'information. L'élève sait de quoi il
il faut être attentif à ne pas dépasser les exigences
parle. Il peut donc par exemple identifier, reconnaître,
attendues. Les évaluations à conduire ne se réfèrent, pour
citer, éventuellement désigner un élément, un composant
cette formation, qu'aux niveaux 2 et 3 pour lesquels elles
sur une représentation ou au sein d'un système. A ce
sont aisées à concevoir.
niveau l'élève n'est pas capable d'expliquer, ni d'associer
Les niveaux taxonomiques précisés dans le programme
un réel à une de ses représentations.
officiel, rapprochés du tableau le l’annexe 1, permettent de
construire les TP et les cours et d'organiser la progressivité
Niveau 2
des apprentissages. En effet, ils sont un indicateur précieux
C'est le niveau de l'expression . Ce niveau est relatif à
pour :
l'acquisition de moyens d'expression et de communication
déterminer la durée de chaque apprentissage (plus le
en utilisant le registre langagier de la discipline. Il s'agit à
niveau est élevé, plus il faut y consacrer de temps) ;
ce niveau de maîtriser un savoir. L'élève doit "parler" de
choisir et organiser les redondances utiles (plus le
l'objet
de
l'étude
en
expliquant
par
exemple
un
niveau est élevé et plus il faudra revenir sur la
fonctionnement, une structure, etc.
connaissance ou le savoir-faire visé).
Le niveau détermine aussi, pour partie, le choix des
supports et systèmes : en effet, plus il est élevé et plus la
variété des situations proposées aux élèves, et donc
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 5/23
Cours de SI : 2h
TPE ou PPE : 2h
TP : 2h
TP : 2h
Cours de SI : 2h
TPE ou PPE : 2h
TP : 3h
Syn :1h
Cours de SI : 2h
TP E ou PPE : 2h
TPE ou PPE : 3h
Syn :1h
Cours de SI : 2h
TPE ou PPE : 2h
TPE ou PPE : 4h
Tableau 2 : Exemples d’organisation des séances d’activités pratiques
souvent celle des systèmes supports, devra être importante
l’activité
proposée
est
courte,
précise
et
si l'on veut soutenir l'intérêt des élèves et limiter la
dynamique.
lassitude qui peut s'installer lors d'une utilisation par trop
Par contre, dans certaines activités pratiques (interventions
répétée d'un même système technique.
physiques sur le système, configuration matérielle, tests de
programme, etc.), la durée de deux heures est trop courte
Planification des activités
et le professeur doit pouvoir proposer des plages de trois
heures.
L’approche
pluritechnique
d’un
système
exige
la
Afin de disposer de plages de durées variables de 2 à 3
mobilisation simultanée de savoirs et de savoir-faire
heures consécutives pour la mise en œuvre de certains
relatifs à plusieurs domaines de technologies. Il est donc
travaux pratiques, tout en conservant la possibilité
important que les élèves puissent trouver un professeur
d’activités pratiques de deux heures et pour faciliter
capable de répondre à leurs attentes quelles que soient les
l’organisation des activités de TPE (Travaux Personnels
tâches qu’ils mènent.
Encadrés) et de PPE (Projet Pluritechnique Encadré), il est
Lorsque l’enseignement est assuré par deux enseignants de
proposé de planifier les 8 heures d’enseignement de SI sur
sciences de l’ingénieur, il est conseillé d’accueillir une
deux plages non consécutives de 4 heures, permettant de
classe entière dans un site unique en présence des deux
prévoir :
enseignants, sur une plage de 4 heures consécutives de
2 heures de cours en classe entière (1 professeur) ;
travaux pratiques.
Dans tous les cas, l’évaluation sera unique et ne fera
6 heures d’activités pratiques de SI en classe entière,
l’objet que d’une seule note et d’une seule appréciation
(2 professeurs) respectant une moyenne annuelle de 4
sur le bulletin scolaire de l’élève.
heures de travaux pratiques sur une plage, soit de 4
Les activités de travaux pratiques sont à privilégier sur des
heures consécutives, soit de 2 heures de TPE ou de
durées de deux heures (soit deux TP courts par plage de 4
PPE, selon le cas.
heures). Cette durée,
relativement courte, induit la
Le tableau 2 illustre des configurations possibles de
création de TP conçus pour une mise en œuvre rapide des
planification des activités (associant les TPE en première
équipements et pour atteindre directement un objectif
et le PPE en terminale) selon les besoins pédagogiques du
d’apprentissage. Ce choix présente les avantages suivants :
moment. Ce mode de fonctionnement souple et variable
impose d’informer les professeurs des enseignements
l’objectif de formation est ciblé et souvent
généraux associés aux TPE et éventuellement au PPE des
unique ;
plages horaires de travail des élèves et du rythme des
l’estimation du niveau d’acquisition de cet
alternances.
objectif est simplifiée ;
l’élève identifie son apprentissage et évalue sa
performance ;
Les travaux pratiques
Le
livret
traite
de
deux
aspects
importants
et
l’application et la mise en œuvre de savoirs et savoir-
complémentaires des travaux pratiques à mettre en œuvre
faire à des situations variées dans une logique de
dans la formation en SI :
consolidation
des
connaissances
qui
impose
leur pertinence d’un point de vue pédagogique, en
redondance et récurrence des apprentissages ;
proposant une typologie des activités pratiques selon
la recherche et la validation des solutions techniques
des objectifs pédagogiques identifiés ;
dans le cadre du Projet Pluritechnique Encadré ;
les supports techniques sur lesquels ils s’appuient,
l’évaluation de compétences attachées aux activités
qui constituent l’équipement des laboratoires et qui
pratiques.
doivent être choisis avec attention pour répondre aux
Cette classification montre que le terme « travaux
objectifs précédents.
pratiques » recouvre une grande variété de situations
pédagogiques, qui peuvent toutes être pertinentes à un
Typologie des travaux pratiques
instant donné, mais qui doivent être adaptées à la situation
de formation envisagée.
Les activités de travaux pratiques ont, dans les
Dans cette formation les TP sont systématiquement
enseignements de SI, une quadruple vocation :
associés à :
la découverte et la construction d’une représentation
un support technique réel, représentatif de l’état
d’un savoir nouveau ;
actuel des techniques, donc porteur de sens pour les
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élèves et qui participe à l’augmentation de leur
Il apparaît donc indispensable de trouver dans ce type de
culture des solutions constructives ;
travail pratique son objectif premier qui est :
une problématique technique réaliste, donnant du
pour le professeur, de dégager les points de blocage
sens aux apprentissages ;
et d’apporter en temps réel des propositions de
un
aller
et
retour
systématique
entre
le
remédiation en mobilisant les savoirs et savoir-faire
fonctionnement réel et les modèles scientifiques et
dans des situations différentes, dans une logique de
techniques utilisés pour l’expliquer et justifier son
redondance aidant à la consolidation ;
comportement et ses performances.
pour l’élève, de travailler dans un contexte technique
réel qui lui donne envie de comprendre et de réussir.
TP destinés à découvrir et appréhender un savoir
nouveau
TP de recherche et de validation de solutions
Dans ce cas, l’élève est en situation de découverte.
techniques
Il ne connaît pas le concept proposé, n’en a pas de
Cette activité particulière est proposée dans le cadre du
représentation mentale juste ou en a une représentation
projet pluritechnique encadré.
incomplète. La ou les activités proposées vont lui
Dans les démarches industrielles de conception il s’agit de
permettre de découvrir une connaissance attachée à :
répondre à une demande technique exprimée et formalisée
une loi, une règle, un principe ;
(spécifications du besoin, cahier des charges), en mettant
une méthodologie, une procédure ;
en œuvre une démarche à caractère professionnel,
une architecture, une solution constructive.
garantissant la qualité de la prestation et de sa production.
Cette mise en situation concrète et motivante permet au
Dans le cadre du projet pluritechnique encadré, les
professeur
d’engager
ultérieurement
des
activités attendues peuvent correspondre en partie à cette
approfondissements scientifiques et technologiques fondés
approche lorsqu’un certain nombre de conditions sont
sur une réalité observée. Il est évident que cette première
réunies, comme :
rencontre
avec
un
concept
ou
une
solution
est
l’assistance
technique
et
organisationnelle
du
fondamentale et qu’elle doit installer dans la pensée de
professeur, qui doit être ici importante ;
l’élève des notions pouvant être limitées mais justes.
le niveau de technicité attendu, qui doit rester limité
Le rôle de ce type de travail pratique est fondamental pour
et réaliste ;
la présentation de concepts relevant de procédures de
la résolution d’un problème concret et motivant, qui
fonctionnement, de constatation des effets d’une loi, d’une
amène les élèves à se dépasser collectivement et à
règle, d’une démarche. De plus, il installe les bonnes
atteindre ponctuellement des niveaux de performance
représentations mentales des phénomènes, ce qui est
élevés.
indispensable à la compréhension fine et à la mémorisation
Ces travaux pratiques particuliers permettent de mettre en
des lois et des principes qui sont associés aux problèmes
œuvre tous les outils techniques appréhendés en cours de
techniques abordés.
formation (analyses, simulation
des
comportements,
programmation, agencement de composants, câblages,
TP destinés à l’application et à la mise en œuvre de
outils de représentation, etc.) dans une logique de
savoirs et savoir-faire
conception et de travail en équipe.
Après avoir découvert et approché un concept, le
professeur propose à l’élève d’approfondir sa connaissance
TP d’valuation
et sa maîtrise opératoire au travers d’une activité concrète
La formation en SI faisant une large place aux savoir-faire
menée en autonomie complète ou partielle (travail seul, en
cognitifs, il est indispensable de les évaluer dans des
binôme, en équipe…). L’action proposée s’appuie sur des
phases spécifiques, dans la logique de l’épreuve d’examen.
savoirs formalisés antérieurement et permet, dans un cadre
Cette prise en compte particulière présente également
souvent convivial et propice au dialogue entre élèves et
l’avantage de ne pas mélanger dans une même phase : des
avec le professeur, de lever des ambiguïtés, de corriger des
activités de formation (durant lesquelles les élèves ont un
incompréhensions, de compléter et d'approfondir des
droit à l’erreur qui doit être utile à la consolidation des
connaissances dans un contexte technologique fort qui
savoirs), avec des activités d’évaluation sommatives
donne du sens à cette activité.
fondées sur un contrat explicite passé entre élève et
Pour être efficace, ce type de travail pratique doit :
professeur.
s’appuyer sur un produit réel, sur la résolution d’une
Il revient donc à l’équipe enseignante d’identifier les
problématique
technique
pertinente
et
intégrer
savoir-faire cognitifs relevant de ces évaluations et de
l’alternance entre réel et modèle ; cette approche
proposer des activités d’évaluation courtes (2 heures),
donne du sens aux apprentissages et évite des
ciblées et supportées par des produits du laboratoire de
comportements d’élèves qui viseraient d’abord à
Sciences de l’Ingénieur.
« répondre à des questions », sans percevoir les
tenants et aboutissants technologiques de leur travail
Typologie des supports de travaux
et sans dégager ni consigner des connaissances
pratiques
particulières ;
favoriser l’autonomie de réflexion des élèves et leurs
Les
applications
et
expérimentations
nécessaires
à
capacités de propositions ; il ne suffit pas de
l’appropriation des connaissances sont conduites au
proposer
un
document
de
guidance
fort,
de
laboratoire sur des équipements retenus pour leur
décomposer à l’extrême le problème posé, de se
représentativité,
leur
modernité
et
leur
pertinence
satisfaire que le TP soit terminé dans le temps
pédagogique.
imparti et avec le maximum d’autonomie des élèves,
Le programme de SI ouvre largement l’éventail des
pour affirmer qu’il aura été formateur.
supports d’étude possibles.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 7/23
En complément des systèmes de production automatisés
Les systèmes sans adaptation particulière : il s’agit alors
(généralement de conditionnement et de manutention),
de systèmes simples, accessibles, non dangereux, qui
déjà largement présents dans les laboratoires, il intègre
fonctionnent manuellement (pas d’énergies dangereuses ou
maintenant les objets pluritechniques de l’environnement
à très basse énergie et à dynamique lente), dont on peut
quotidien
de
l’élève,
représentatifs
des
techniques
mesurer les performances très simplement à l’aide
actuelles, qu’ils soient ou non automatisés.
d’instruments
classiques
portables
(ampèremètre,
Les supports de travaux pratiques peuvent être classés
voltmètre, oscilloscope, dynamomètre, tachymètre, règle
selon deux approches complémentaires :
graduée, comparateur, manomètre…).
en fonction de leur utilisation , ce qui permet aux
Ces supports sont intéressants car ils sont en général peu
équipes enseignantes d’essayer de respecter un
coûteux
et
peuvent participer
activement
au
équilibre entre les différentes familles de produits
développement de la culture technique des élèves en :
présents dans les laboratoires ;
permettant d’augmenter le nombre de systèmes
en fonction des aménagements didactiques, qui
découverts et étudiés sur un cycle de formation ;
peuvent être inexistants, limités ou conséquents et
illustrant simplement des solutions constructives
complexes.
industrialisées et compétitives, par le montage et le
démontage si cela est possible, l’identification des
Classification des systèmes supports de travaux
composants ;
pratiques
facilitant la découverte concrète de base sur les
Le tableau 3 propose une classification possible des
matériaux, les composants, les procédés… par le
familles de supports disponibles sur le marché des produits
toucher, la manipulation directe ;
pédagogiques et les caractérise selon des
critères
privilégiant les activités laissant une large initiative
techniques et pédagogiques.
aux élèves, exigeant des manipulations de mesures
Adaptation des supports aux activités de travaux
simples mais indispensables.
pratiques
Parfois, cette configuration vient en complément du même
A partir de leur état commercial, les supports sont mis à
système instrumenté plus important, qui, pour des raisons
disposition des élèves dans des configurations adaptées
de sécurité, n’autorise pas un accès direct au produit en
aux objectifs pédagogiques.
situation.
Tableau 3 : Classiffication des supports de travaux pratiques.
Tablea
Familles de systèmes
Exemples (liste non exhaustive)
Caractéristiques
Produits
Systèmes de
Générateur, transformateur d’énergie
Avantages :
industriels
production de bien Pompe solaire
- partie opérative à structure simple ;
ou de service
Systèmes de contrôle d’accès
- chaînes d’énergie et de commandes
Systèmes
Système de remplissage
identifiables et ouvertes ;
d’assemblage et
Appareils portatifs, outillages
- intégration des fonctions limitées ;
de
Systèmes de positionnement
- programmation accessible et adaptée à une
conditionnement
variété de tâches ;
Systèmes de
Système de convoyage
- interface homme-machine explicite ;
manutention
Système de tri de pièces
Système d’assemblage
Inconvénients :
Systèmes de contrôle
- image peu représentative de la technologie
Commande d’axe
quotidienne des jeunes.
Produits
Systèmes
Périphériques de micro-informatique
Avantages :
grand public « fermés » ;
Systèmes embarqués
- image très représentative des technologies
pré-programmés
Systèmes de transports
actuelles ;
Systèmes immotiques
- programmation accessible et adaptée à des
Appareils électroménagers
tâches spécifiques ;
Systèmes
Robots domestiques
programmables
Systèmes de loisirs et de sports
Appareils associés à la micro-informatique,
Inconvénients :
l’audiovisuel
- partie opérative à structure parfois
Jouets scientifiques
complexe ;
- intégration des fonctions élevée ;
- chaînes d’énergie et de commandes peu
lisibles ;
- interface homme machine limitée.
Produits
Etudes des
Banc d’étude d’un vérin pneumatique
didactiques
comportements
Banc d’étude d’une motorisation électrique
d’un actionneur…
Produits dédiés à un apprentissage précis,
Platines de tests
Platine de câblage de commande d’un
permettant des activités pratiques de
d’une famille de
actionneur
découverte, d’analyse et de formalisation des
composants…
Platine de tests de capteurs
connaissances.
Etude d’un
Appareil permettant la matérialisation des
concept, d’une
efforts dans une liaison
loi…
Pince photo élastique
Banc de traction-flexion
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 8/23
Les systèmes didactisés : il s’agit de rendre possible
une
instrumentation
fixe
et
préréglée.
Cette
l’utilisation et l’investigation des élèves dans un système
instrumentation est parfois lourde et conduit à des
technique, un sous-système, un composant. Certains
systèmes fermés, peu flexibles, conçus pour répondre à des
systèmes sont dangereux (risques de
coupure,
de
activités identifiées. Ces systèmes intègrent souvent un
coincements, de chocs électriques) et sont conçus pour
interfaçage vers un micro-ordinateur pour permettre la
protéger leurs utilisateurs… ce qui empêche généralement
saisie des informations de mesure, leur traitement et leur
les élèves d’accéder à l’observation, la mesure, l’analyse
présentation. Ils doivent également être complétés par la
du fonctionnement, etc. Pour être utilisés dans le
mise
à
disposition
de
sous-systèmes
d’étude
laboratoire ces systèmes sont donc aménagés (protections
complémentaires
facilitant
la
découverte
et
la
particulières,
sorties
de
mesures
déportées,
pièces
compréhension des constituants.
transparentes, assemblages coupés, pièces usinées à de
nouvelles dimensions…).
Globalement,
dans un laboratoire
de
Sciences
de
Dans d’autres cas, la didactisation permet de privilégier
l'Ingénieur,
aucune
configuration
de
système
n’est
l’étude d’un sous-système particulier qu’il faut replacer
prépondérante sur les autres… elles sont complémentaires,
dans son contexte. Le produit peut alors être simplifié,
associables
et
doivent
répondre
à
des
objectifs
maquettisé de façon à justifier le rôle et l’étude du support
pédagogiques de formation scientifique et technologique.
de formation. Lorsqu’il faut étudier un composant ou une
Il sera possible de trouver des mécanismes simples, non
famille de composants, il est parfois intéressant de mettre
didactisés et non instrumentés à coté de systèmes plus
ce
dernier
dans
une
ou
plusieurs
situations
de
importants, didactisés ou instrumentés qui, à cause de leur
fonctionnement
pour
expliciter
certaines
de
ses
capacité à réaliser un maximum d’activités pertinentes,
caractéristiques, en lien avec la documentation industrielle.
pourront être en nombre significatif (il restera à vérifier
que ces systèmes onéreux et complexes offrent un nombre
Les systèmes instrumentés : il s’agit de systèmes dont
suffisant d’exploitations pour justifier leur coût).
l’étude nécessite une mise en situation précise, pour
investiguer des lois d’entrée-sortie particulières, exigeant
L'approche système
Les évolutions les plus notables, ces dernières années,
Généralités
portent sur le développement de la chaîne d'information,
son élargissement et son intégration dans les réseaux
Dans la continuité de l’ancien programme de technologie
mondiaux. Cette évolution irréversible est intégrée dans les
industrielle, afin d’aider nos élèves à aborder en analyse et
enseignements de SI. Par ailleurs, elle permet d’illustrer la
en conception des produits et systèmes pluritechniques
variété des niveaux de hiérarchies décisionnelles utilisés
souvent complexes, l’approche systèmique globale et
dans le pilotage des systèmes (du pilotage temps réel
structurée a été privilégiée. Elle donne en effet les outils
automatique au plus près des actionneurs, au pilotage à
conceptuels utiles en SI à toute démarche d’analyse et de
distance sur décision humaine).
conception, qui se doit d’être rigoureuse et qui nécessite de
structurer sa pensée.
L’approche par fonctions : analyse
La fonction principale de tout système pluritechnique
étudié en SI est d’apporter une valeur ajoutée à un flux de
et synthèse
matière, de données et (ou) d’énergie. Pour chacun de ces
trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires
L’approche pluritechnique de la technologie par les
de stockage, de transport et (ou) de traitement est mis en
fonctions techniques des produits a le double avantage
œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s).
d’induire
simultanément
les
démarches
d’analyse
On peut distinguer au sein des systèmes pluritechniques
(apprentissage) et de synthèse (conception), en fournissant
deux parties, l’une agissant sur les flux de données,
un cadre cognitif systématique (voir figure 2).
appelée chaîne d’information, l’autre agissant sur les flux
Lors de l’apprentissage, l’élève « transforme le produit en
de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie.
connaissance ». Il mémorise l’architecture et les flux
(information, énergie et matières) avec une compréhension
Niveaux
globale du fonctionnement géré par la succession des
décisionnels
fonctions. Puis, par l’étude des fonctions techniques, il
assimile simultanément dans un cadre cohérent les
données
données
entrantes
sortantes
solutions constructives qui les réalisent et les principes de
C HAÎNE D'INFORMATION
comportement qui gèrent leur fonctionnement réel.
En projet de conception, partant du concept de produit,
traduit par exemple par le diagramme FAST, il devient
énergies
In t e r f a c e
énergies
entrantes
sortantes
ainsi capable de mobiliser ses acquis structurés pour la
recherche de la solution adaptée à chacune des fonctions
C HAÎNE D'ÉNERGIE
techniques, et l’étude de son fonctionnement avec son
matières entrantes
matières sortantes
dimensionnement.
Fi
re 1 : Modèle général d’un système pluritechnique.ique.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 9/23
Transmettre
Analyse (apprentissage) : TP + cours
Acquérir
Convertir
Traiter
Distribuer
Chaîne d’information
Alimenter
Communiquer
Action
Energie
Chaîne d’énergie
d’entrée
Produit
Concept
Synthèse (conception) : projet
Fi gure 2 : L’approche par fonctions dans les démarches d’analyse et de synthèse
L’approche globale des systèmes, en vue de leur analyse
des élèves selon deux niveaux.
ou de leur conception, conduit à distinguer deux entités
Une approche externe ,
qui permet de comprendre les
génériques :
architectures et d’expliciter le fonctionnement global en :
-
la chaîne d’information (qui transfère, stocke,
identifiant, définissant, justifiant chaque fonction
transforme l’information) ;
d’une chaîne, sa solution constructive, ses solutions
-
la chaîne d’énergie (qui transforme l’énergie et
d’adaptation ;
permet d’agir sur le système physique),
chacune décomposée en un nombre limité de fonctions
quantifiant
les
relations
entre
les
grandeurs
techniques principales, qui fournissent le cadre des
physiques d’entrée et de sortie et les interactions
apprentissages la formation et de la pensée en système.
entre les fonctions successives par des mesures, des
Cette structure type est représentée sur la figure 3.
documents
techniques,
des
modèles,
des
simulations ;
Approches externe et interne des
identifiant
et
quantifiant
les
flux
et
les
transformations
d’énergie
(puissance)
et
fonctions techniques
d’information (nature, protocole,…).
Cette démarche est essentielle à la compréhension globale
Pour compléter cette logique d’analyse, chacun de ces
des systèmes et à l’acquisition progressive de la culture
deux axes principaux de la formation est proposé à l’étude
Informations destinées à d’autres
systèmes et aux interfaces H/M
Chaîne d’information
Grandeurs
physiques à
acquérir
ACQUERIR
TRAITER
COMMUNIQUER
Informations
issues d’autres
systèmes et
d’interfaces H/M
Ordres
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR
TRANSMETTRE
ACTION
Energie s
Chaîne d’énergie
d’entrée
Fi gure 3 : Les fonctions génériques présentes dans les chaînes d’énergie et d’information d’un système
pluritechnique.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 10/23
technique des élèves. Elle ne doit pas être sous-estimée et
que l’analyse mécanique des constituants reste globale, les
doit représenter une partie non négligeable des activités
comportements locaux ne sont pas approfondis et servent à
des élèves.
justifier qualitativement une solution constructive.
Une approche interne , qui permet la compréhension du
D’autre part, il est a noté que le référentiel préconise une
fonctionnement et le rapprochement du comportement
approche de l’électronique plus fonctionnelle, privilégiant
réel avec
les principes, lois et modèles par des
les aspects logiciels et matériels.
approfondissements locaux en :
L’électronique
du
signal
analogique,
autour
des
identifiant, définissant et justifiant la structure
composants ou constituants élémentaires, n'est plus traitée,
matérielle d'une solution constructive réalisant une
alors qu’elle tenait une place importante dans l’ancien
fonction donnée ;
référentiel.
intervenant finement sur l’analyse et la vérification
Ce choix est dicté par le haut niveau d’intégration entre les
d’une performance donnée, son adaptation et sa
fonctions techniques globales présentes dans une structure
modification.
électronique et les composants de plus en plus intégrés qui
Cette approche interne ne concernant généralement que
la composent physiquement. Cette évolution repousse
des
constituants
internes
mécaniques,
électriques,
l'analyse et la conception de tels produits à des niveaux de
électroniques et informatiques, le référentiel limite de fait
formation plus élevés et rend quasi-impossibles des
le niveau d’approfondissement attendu (il est évident que
investigations physiques sur des fonctions élémentaires,
les objectifs de formation visés, le temps imparti et le
ainsi que les simulations du comportement analogique
niveau d’étude ne permettent pas un traitement exhaustif
d’une carte, qui ne sont plus d’actualité.
de chaque centre d’intérêt…).
Une
analyse
des
compétences
attendues
et
des
connaissances
associées
du
référentiel
montre
Axes principaux de la formation
appartenant à ces différents chapitres.
La chaîne d'énergie
Cette partie du programme est à mettre en relation avec le
cours de Physique de première S. Le programme appelle
Le concept de la chaîne d'énergie
en particulier les savoirs acquis sur : l’énergie potentielle
La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assure la
ou interne
de
pesanteur,
élastique
ou
thermique ;
réalisation
d’une
fonction
de
service
dont
les
l’équivalence entre travail (ou puissance) et variation
caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges.
d’énergie
cinétique
(par
unité
de
temps) ;
les
Repérable sur la plupart des produits et systèmes de notre
transformations d’énergie potentielle en énergie cinétique ;
environnement et des milieux industriels, elle est
le couplage électromécanique et sa réversibilité ; les
constituée
des
fonctions
génériques :
Alimenter,
notions de conservation d’énergie (ou de puissance), de
Distribuer, Convertir, Transmettre qui contribuent à la
dissipation, de rendement et de bilan. De même, la
réalisation d’une action (voir figure 4).
vibration d’un système masse – ressort, vue en terminale,
pourra être rapprochée de l’observation des vibrations
L’action à réaliser impose un flux d’énergie (sens et
induites dans un système, les éléments ressorts pouvant
niveau) que le système doit transmettre et gérer par sa
être l’élasticité d’un élément de structure ou d’un contact.
commande.
Les
performances
dépendent
des
Il est donc souhaitable qu’une coordination étroite
caractéristiques des divers constituants.
s’établisse entre l’enseignant de Sciences de l’Ingénieur et
Dans ce contexte, le programme précise les contenus
l’enseignant de Physique. En particulier, il est très
détaillés dans deux parties intimement liées : les chapitres
important que l’élève distingue bien comment les lois
B1 et B2 pour les solutions constructives, et le chapitre C1
fondamentales abordées en Sciences Physiques autour de
pour les principes physiques et les lois de comportement
la mécanique du point dans des situations idéales, se
qui leur sont associés. L'étude par les élèves d'une chaîne
traduisent
dans
les
comportements
des
solides,
d'énergie intègrera donc simultanément des contenus
déformables
ou
non,
à
l’intérieur
des
solutions
Grandeurs
physiques à
acquérir
Chaîne d’information
Consignes
Ordres
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR
TRANSMETTRE
ACTION
Energie s
Chaîne d’énergie
d’entrée
Fi
Figure 4 : Chaîne d’énergie et structure fonctionnelle globale d’un système.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 11/23
constructives qu’il découvre dans les Sciences de
A cet effet, le chapitre C1 précise les savoirs et savoir-faire
l’Ingénieur.
fondamentaux relatifs aux modèles, aux comportements
mécaniques et aux comportements énergétiques pour
Les approches externe et interne de la chaîne
constituer, en association avec les solutions constructives
d'énergie
correspondantes, les bases des Sciences de l’Ingénieur.
L'étude des chaînes d'énergie sera conduite selon les deux
approches
:
externe
et
interne,
en
s'appuyant
Le comportement mécanique
systématiquement sur le réel et sur ses représentations.
Le contenu du programme relatif au comportement
L’approche externe
mécanique s’appuie majoritairement sur le concept de
solide (statique, cinématique, dynamique). Une nécessaire
L’approche externe de la chaîne d'énergie et de ses
sensibilisation à la déformation des matériaux est
composants conduit à définir la nature et les formes
introduite afin d’aider l’élève à comprendre certains
d’énergies utilisées ainsi que leur évolution (niveau de
phénomènes observés liés à la réalité du comportement des
puissance) sur le trajet du flux d’énergie. Les notions
structures (déformations, vibrations) et le sensibiliser aux
d'élément moteur, d'élément récepteur, d'échanges avec le
modèles de comportement plus élaborés qu’il abordera lors
milieu extérieur, de puissances transmises et dissipées, et
de sa poursuite d’études.
donc de rendement, peuvent ainsi être introduites.
Cela doit conduire, par des observations et des mesures, à
L’outil torseur n’est pas inscrit au programme. Afin de
l’identification et, lorsque cela est possible, à la
construire chez l’élève le sens mécanique du passage d'un
quantification des paramètres d'entrée et de sortie de
représentant local à un représentant global, la modélisation
chacun des constituants de la chaîne. Il est essentiel
des actions mécaniques doit se faire progressivement, à
d’aborder concrètement les ordres de grandeur des
partir d’hypothèses simplificatrices sur la nature et le
énergies, de la puissance, les notions de point de
comportement des contacts suivant chacune des directions
fonctionnement, de rendement d’un composant et de
du repère choisi. Cela doit conduire au modèle global de
rendement global d'une chaîne d'énergie.
résultante générale et de moment résultant en un point
La prise en compte des contraintes d’implantation, de
précis pour lesquels la représentation par deux vecteurs
liaison ou de connexion et de mise en œuvre des
colonnes peut être utilisée. Le concept de torseur est ainsi
composants de la chaîne, vise à faire émerger la notion de
approché sans masquer la réalité des contacts entre solides.
compatibilité entre les constituants et d’homogénéité d’une
Les résolutions de problèmes de statique se limitent à des
chaîne d’énergie dans son ensemble, qui contribue à
méthodes graphiques pour les solides soumis à deux ou
construire les bases d’une bonne démarche de conception.
trois forces et à une méthode analytique dans le cas de
L’approche interne
forces parallèles. Cela afin de renforcer la réflexion de
l’élève sur l’interprétation des résultats. Les cas plus
Cette approche s’intéresse aux solutions constructives
complexes pour la détermination des actions mécaniques
réalisant les fonctions techniques qui cohabitent au sein du
se font de manière logicielle ce qui, en particulier, n’exige
système étudié. Elle conduit à associer à ces solutions
plus chez l’élève l’acquisition du concept abstrait de
constructives des principes physiques mis en jeu et des
changement de centre de moment qui sera abordé dans
modèles de comportement permettant : en démarche
d’autres niveaux de formation, à partir des bases
d'analyse, la détection, la compréhension et l’évaluation
mécaniques construites ici.
des phénomènes ; en phase de projet : la recherche d'une
solution, sa validation et son dimensionnement.
Le comportement énergétique
Il est donc nécessaire de développer chez l’élève, à coté
L’approche du comportement énergétique, définie dans le
d’une indispensable et essentielle culture des solutions
chapitre C12, propose une introduction aux notions de
constructives, une capacité à passer de la solution réelle ou
chaîne directe et de chaîne inverse de l’énergie. Plusieurs
de sa représentation, à un modèle auquel on peut associer
exemples pertinents accessibles aux élèves peuvent
des lois et des principes qui régissent son comportement.
illustrer ces concepts tels que : la réversibilité d'un système
source
énergie
ordres,
énergie
énergie disponible
d’énergie
électrique,
messages
mécanique
pour l’ACTION
hydraulique,
demandée par le
pneumatique
cahier des charges
ALIMENTER
DISTRIBUER
CONVERTIR
TRANSMETTRE
-
prise réseau
-
contacteur
-
machines asynchrones
-
assemblage démontable
-
raccord réseau
-
relais et relais
-
machines à courant
-
guidage en rotation
-
pile, batterie,
statique
continu avec et sans
-
guidage en translation
accumulateur
-
variateur
balai
-
accouplement, embrayage,
-
distributeur
-
vérins
limiteur de couple, frein
-
poulies-courroies, engrenages
-
systèmes vis-écrou et
transformateurs plans
Figure
Figure 5 : Constituants faisant l’objet d’une étude concrète.
Direction de l’enseignement scolaire – sciences de l’ingénieur – document d’accompagnement – page 12/23