Le Lyçèe Costebelle propose dès la SECONDE deux enseignements d'exploration ( 1h30 par semaine ) permettant de mettre un pied dans les domaines de la technologie moderne :
- L'enseignement d'exploration intitulé Sciences de l'Ingénieur ( SI )
- L'enseignement d'exploration intitulé Création et Innovation Technologique ( CIT).
- L'enseignement d'exploration intitulé Sciences de l'Ingénieur ( SI )
- L'enseignement d'exploration intitulé Création et Innovation Technologique ( CIT).
L'ENSEIGNEMENT SI : SCIENCES DE L'INGENIEUR
En SECONDE SI, on aborde les bases nécessaires à la compréhension du fonctionnement de produits réels que l'on rencontre dans l'environnement quotidien de l'élève.
On distingue 3 axes d'études principaux se retrouvant dans la majorité des supports étudiés :
- La CHAINE D'ENERGIE qui permet de comprendre l'aspect transformation et consommation de l'énergie.
- La CHAINE D'INFORMATION qui permet de comprendre la gestion électronique, la programmation du comportement le pilotage d'un mécanisme
- La MODELISATION qui permet de comparer les résultats théoriques obtenus sur le modèle et les résultats expérimentaux obtenus sur le produit réel.
Toutes les études sont menées sous forme de TRAVAUX PRATIQUES ( TP ) en binôme, il n'y a pas de cours magistraux !
On distingue 3 axes d'études principaux se retrouvant dans la majorité des supports étudiés :
- La CHAINE D'ENERGIE qui permet de comprendre l'aspect transformation et consommation de l'énergie.
- La CHAINE D'INFORMATION qui permet de comprendre la gestion électronique, la programmation du comportement le pilotage d'un mécanisme
- La MODELISATION qui permet de comparer les résultats théoriques obtenus sur le modèle et les résultats expérimentaux obtenus sur le produit réel.
Toutes les études sont menées sous forme de TRAVAUX PRATIQUES ( TP ) en binôme, il n'y a pas de cours magistraux !
LA CHAINE D'ENERGIE
Dans cette partie, les élèves effectuent de nombreuses mesures expérimentales ( courant moteur, tension moteur et vitesse moteur ... ) permettant de mieux comprendre la transformation de l'énergie.
Ci-contre un exemple d'étude expérimentale sur une patinette électrique grand public.
L'élève réalise plusieurs essais en fonction de la charge ( poids du passager ) exercée sur la patinette afin de déterminer la puissance du moteur.
L'élève effectue ensuite une synthèse de ces résultats et les compare avec ceux annoncés par le constructeur de la patinette afin de voir si le moteur est suffisamment puissant pour effectuer les petits trajets en ville...
Ci-contre un exemple d'étude expérimentale sur une patinette électrique grand public.
L'élève réalise plusieurs essais en fonction de la charge ( poids du passager ) exercée sur la patinette afin de déterminer la puissance du moteur.
L'élève effectue ensuite une synthèse de ces résultats et les compare avec ceux annoncés par le constructeur de la patinette afin de voir si le moteur est suffisamment puissant pour effectuer les petits trajets en ville...
D'autres études sont menées afin d'apprendre aux élèves à calculer la consommation en électricité d'une pompe à air par exemple, ou encore permettre de comprendre la simulation du retour de force sur un volant dédié aux jeux vidéos de courses de véhicules...
On voit d'ailleurs ci-contre un élève mesurant la tension aux bornes du moteur du volant à retour de force ainsi que l'intensité consommée à l'aide d'un oscilloscope.
Il peut ainsi analyser le type de circuit et la qualité de son pilotage.
Les études expérimentales sont menées sur des supports innovants comme le VELO A ASSISTANCE ELECTRIQUE que l'on rencontre de plus en plus.
Les élèves ( ci-contre ) prennent diverses mesures en pédalant, le vélo étant placé sur un banc de test professionnel.
On peut ainsi :
- analyser le comportement et le fonctionnement de l'assistance électrique au pédalage
- vérifier que le vélo répond à la législation en vigueur dans l'union européenne ( puissance moteur inférieure à 250 W, assistance uniquement lors du pédalage, coupure de l'assistance au delà de 25km/h ...)
LA CHAINE D'INFORMATION
Ce champ d'investigation permet d'explorer la communication entre les composants électroniques ( la commande ) et les composants mécaniques ( l'éxecutant ).
On travaille sur de nombreux robots ou l'on étudie la programmation de comportement.
Ci dessous étude expérimentale menée sur un véhicule Lego :
- phase 1 : test de la programmation de la technologie "park assist" consistant à rechercher une place assez large et se garer sans assistance humaine.
- phase 2 : test d'une application conçue en ligne permettant de contrôler et de garer le véhicule à l'aide d'un smartphone ou d'une tablette.
Ce champ d'investigation permet d'explorer la communication entre les composants électroniques ( la commande ) et les composants mécaniques ( l'éxecutant ).
On travaille sur de nombreux robots ou l'on étudie la programmation de comportement.
Ci dessous étude expérimentale menée sur un véhicule Lego :
- phase 1 : test de la programmation de la technologie "park assist" consistant à rechercher une place assez large et se garer sans assistance humaine.
- phase 2 : test d'une application conçue en ligne permettant de contrôler et de garer le véhicule à l'aide d'un smartphone ou d'une tablette.
LA MODELISATION
Le modélisation permet de substituer le modèle au réel.
Le but est donc, dans un premier temps de construire sur logiciel mécanique ou électronique le modèle, puis de comparer les résultats donnés par le modèle avec ceux obtenus par expérimentation sur le produit réel.
Par exemple : ci-contre la modélisation mécanique sur un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur ( CAO ) d'un moteur 2 Temps d'un avion modèle réduit.
L'élève construit en 3 dimensions sur le logiciel certaines pièces du moteur, puis les assemble.
L'étape suivante est l'animation puis la détermination de la vitesse du piston et de l'hélice.
La vidéo ci-dessous montre l'animation réalisée par les élèves.
Le but est donc, dans un premier temps de construire sur logiciel mécanique ou électronique le modèle, puis de comparer les résultats donnés par le modèle avec ceux obtenus par expérimentation sur le produit réel.
Par exemple : ci-contre la modélisation mécanique sur un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur ( CAO ) d'un moteur 2 Temps d'un avion modèle réduit.
L'élève construit en 3 dimensions sur le logiciel certaines pièces du moteur, puis les assemble.
L'étape suivante est l'animation puis la détermination de la vitesse du piston et de l'hélice.
La vidéo ci-dessous montre l'animation réalisée par les élèves.
Autre exemple ci-dessous consistant à valider un modèle géométrique : l'élève modélise ( à l'aide de tutoriels vidéo ) la carène intérieure du DRONE PARROT.
Le logiciel 3D permet ensuite de déterminer la masse du modèle réalisé afin de la comparer avec la masse réelle.
On utilise ensuite le modèle 3D pour résoudre un des problèmes techniques que rencontre le constructeur : rupture de la carène lors de chutes répétées du drone.
Il est possible de vérifier par simulation la rupture de la carène et de proposer un matériau plus léger et plus résistant que celui utilisé.
Les 3 photos ci-dessous montrent dans l'ordre : le modèle 3D de base, le maillage du modèle servant à calculer les déformations des points du maillage et le drone déformé lors de l'impact avec le sol.
Il est possible de vérifier par simulation la rupture de la carène et de proposer un matériau plus léger et plus résistant que celui utilisé.
Les 3 photos ci-dessous montrent dans l'ordre : le modèle 3D de base, le maillage du modèle servant à calculer les déformations des points du maillage et le drone déformé lors de l'impact avec le sol.
La modélisation est largement utilisée pour l'étude de prototypes afin de prévoir le comportement et les performances expérimentales. Ci-dessous, un prototype de Robot Assistant à la Téléchirurgie permettant à un chirurgien d'opérer à distance.
L'élève( via une manette avec accéléromètre ) contrôle à distance un robot muni d'une pince ( clamp ) permettant de saisir les organes...
Le modèle 3D permet d'étudier dans un premier temps les mouvements du robot, puis un programme permet de réaliser la programmation pour reproduire les mouvement de la main de l'élève.
La démarche de projet telle qu'elle est pratiquée en entreprise peut ainsi être appréhendée dès la seconde.
Si l'on souhaite par exemple, concevoir un petit véhicule 2 roues pilotables à l'aide d'un smartphone, on peut procéder en 2 temps :
- modélisation du comportement et simulation du véhicule à l'aide des touches du clavier dans la vidéo ci-dessous :
- le comportement est ensuite implémenté depuis le PC vers le véhicule réel ( ci-dessous, photo de gauche ), on remplace ensuite la commande par clavier par une commande sans fil depuis un smartphone dont il faut créér l'application en ligne ( photo de droite ) :
Il ne reste plus ensuite qu'à tester le véhicule à l'aide de son smartphone pour valider le comportement !
L'ENSEIGNEMENT CIT : CREATION ET INNOVATION TECHNOLOGIQUE
Comprendre comment l'on conçoit un produit ou un système technique, faisant appel à des principes innovants tout en répondant aux exigences du développement durable, tel est l'objectif de cet enseignement.
On s'attache également à analyser les évolutions technologiques de produits quotidiens ( aspirateur, visseuse, ... )
Cet enseignement laisse la part belle aux idées neuves en abordant les évolutions technologiques dans les domaines scientifiques et techniques.
On s'attache également à analyser les évolutions technologiques de produits quotidiens ( aspirateur, visseuse, ... )
Cet enseignement laisse la part belle aux idées neuves en abordant les évolutions technologiques dans les domaines scientifiques et techniques.
Des études comparatives de coût, de bilan carbone, de consommation énergétique sont menées sur des produits répondant au même besoin.
Ci-contre, 2 sèches mains, un classique à flux d'air chaud à gauche et un plus moderne à air froid pulsé à grande vitesse à droite. Après comparaison, le sèche mains à air pulsé sèche plus vite et consomme dmoins d'énergie. |
En classe de CIT, la conduite de mini projet est abordée généralement au 3ème trimestre.
Cela préfigure la méthode de travail utilisée en Première et en Terminale Sciences de l'Ingénieur SI pour les projets :
Recherche du besoin - modélisation , programmation - construction , expérimentation
Exemple ci-dessous avec un chargeur universel autonome ( usb, jack..) alimenté par mini panneaux solaires.
La conception de la coque s'effectue sur logiciel 3D, la machine de prototypage permet l'impression 3D des pièces modélisées.
La partie de gestion électronique ( câbles, carte, panneaux solaires...) vient ensuite s'insérer sur la maquette.
Ci-dessous un projet de main robotisée dont la partie mécanique est entièrement conçue puis imprimée sous logiciel 3D. La partie électronique de commande est programmée sous Arduino.
Exemple suivant : un mini véhicule utilisant les pièces lego ainsi que quelques pièces conçues en 3D puis imprimées se pilotant à distance pour récupérer divers des boules de couleur. La programmation se fait en ligne avec App Inventor.
Autre exemple : un dispositif d'ouvre bouteille automatisé. La maquette utilise des pièces modélisées puis imprimées en 3D ainsi que du bois pour la base ( le coût de la matière de l'imprimante étant assez élevé..)
Ces Enseignements d'Exploration en classe de Seconde trouvent leur continuité en classe de première et terminale SSI dans l'onglet " ET APRES LA SECONDE ? "
Remerciements aux élèves des Sciences de l'Ingénieur qui ont contribué à la création de ce site !