Programmes de la série STI2D : ingénierie, innovation et développement durable (terminale)

Préambule

Les défis sociétaux à relever appellent constamment la conception et la diffusion de produits innovants. Ces innovations mobilisent des méthodes de conception rigoureuses pour répondre aux besoins actuels et futurs de la société ; elles s'appuient sur les dernières avancées des sciences et des technologies.

Les technologies désignent l'ensemble des procédés, méthodes, instruments et outils permettant à l'Homme de créer des produits (note 1) pour répondre à ses besoins. Elles s'inscrivent dans un champ de relations complexes entre les résultats scientifiques, les contraintes économiques, environnementales, sociales et l'organisation des techniques qui permettent de produire un résultat réalisable et acceptable économiquement, socialement, et respectueux de l'environnement.

L'éducation technologique doit permettre de doter chaque élève d'une culture faisant de lui un acteur éclairé et responsable de l'usage des technologies et des enjeux associés. La technologie se caractérise aujourd'hui par une intégration de plus en plus poussée du design, de la mécanique, de l'énergétique, de l'électronique, de l'informatique et de l'automatique, dans un environnement de plus en plus numérique.

Les compétences et les connaissances associées, relatives aux domaines de la matière (note 2), de l'énergie et de l'information constituent donc la base de toute formation technologique dans le secteur industriel.

La série Sciences et technologies de l'industrie et du développement durable se compose de deux spécialités en première, qui fusionnent en terminale pour conduire à la spécialité « ingénierie, innovation et développement durable ».

Trois dimensions constituent le socle des enseignements technologiques :

• une dimension socioculturelle qui permet de replacer et d'interroger des produits dans leur environnement d'usage. La démarche pédagogique principale est celle de l'investigation permettant de comprendre les références et besoins divers qui ont permis la création des produits à partir de l'analyse des tendances, des normes, des lois, etc. Cette dimension s'apparente à la technologie dite génétique (analyse des lignées de produits du passé dans leurs perfectionnements successifs, dans l'évolution de leurs usages). Elle comprend également l'approche la plus récente de la technologie dite générale qui prend en compte l'impact de la création d'un produit et de son usage, tout au long de sa vie, sur son environnement. Les préoccupations liées au développement durable et l'éco-conception (note 3) y trouvent leur place ;
• une dimension scientifique et technique qui permet d'analyser, expérimenter, simuler à partir d'une modélisation fournie des produits existants pour comprendre leur fonctionnement et justifier les solutions constructives. Les démarches d'investigation et de résolution de problèmes mobilisent des activités pratiques s'appuyant sur des bases de connaissances et engagent les élèves dans la résolution de problèmes concrets. Cette dimension s'apparente à la technologie dite structurale (analyse d'un produit en éléments fonctionnels et matériels). Elle montre comment un assemblage ordonné de fonctions simples peut en définir l'usage ;
• une dimension d'ingénierie-design pour imaginer, créer, concevoir et réaliser les produits de demain. Elle s'inscrit dans une démarche de projet intégrant une expérimentation sur un prototype. Cette dimension s'apparente à la technologie dite générique (analyse des logiques d'invention et de conception de nouveaux produits). Elle mobilise les technologies du numérique tout au long du processus de création d'un nouveau produit.

La série STI2D s'inscrit pleinement dans la logique pluridisciplinaire STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics, quatre disciplines centrales aux sociétés technologiquement avancées). Pour les élèves de la série technologique STI2D, la prédominance de la démarche d'ingénierie est fédératrice des concepts élaborés dans toutes les composantes des STEM. Cette liaison forte avec les sciences est fondamentale pour la poursuite d'études.

Les enseignements sont conçus, encore plus qu'ailleurs, dans une logique interdisciplinaire et collaborative.

Sur les plans scientifiques et technologiques, le lycéen ayant choisi la série STI2D développe des compétences étendues, car liées à un corpus de connaissances des trois domaines « matière - énergie - information », suffisantes pour lui permettre d'accéder à la diversité des formations scientifiques de l'enseignement supérieur : classes préparatoires aux grandes écoles, université, écoles d'ingénieur, et toutes les spécialités proposées en institut universitaire de technologie et en section de technicien supérieur.

Ces compétences constituent une base permettant l'acquisition de connaissances nouvelles tout au long de la vie, elles conduisent, à terme, à des profils d'ingénieurs orientés vers la création et la réalisation d'un produit.

Ces enseignements contribuent au développement des compétences orales à travers notamment la pratique de l'argumentation. Celle-ci conduit à préciser sa pensée et à expliciter son raisonnement de manière à convaincre.

Notes du texte officiel :

• (1) Le terme « produit » est générique : il peut tout à la fois désigner un objet manufacturé, un système technique, un ouvrage du domaine de la construction et une application informatique.
• (2) La matière représente l'ensemble matériau et la structure matérielle.
• (3) L'éco-conception est la prise en compte et la réduction, dès la conception ou lors d'une re-conception de produits, de la performance environnementale. C'est une démarche préventive qui se caractérise par une approche globale sur tout le cycle de vie du produit (depuis l'extraction de matières premières jusqu'à son élimination en fin de vie), de tous les critères environnementaux (consommations de matières premières, d'eau et d'énergie, rejets dans l'eau et dans l'air, production de déchets, etc.).

Modalités d'enseignement

Des particularités pédagogiques perdurent : un équilibre entre abstraction et concrétisation, analyse et action, théorie et confrontation avec le réel, indispensable à toute une catégorie d'élèves qui repoussent le choix d'une formation professionnelle, mais qui sont davantage sensibles à des approches concrètes.

À partir de produits réels et contemporains, les modalités d'enseignement privilégient les démarches actives : activités pratiques d'expérimentation, de simulation et d'analyse de produits réels et actuels, ainsi que le projet. Ce dernier, qui permet de synthétiser les activités et de favoriser la collaboration entre élèves, n'est pas seulement support à des situations d'application, mais constitue tout d'abord un temps d'apprentissage.

Il s'agit en effet de faire vivre aux élèves, lors des deux années, tout ou partie d'une démarche de réalisation d'un prototype ou d'une maquette dans le cadre d'une pédagogie de projet.

Le concept de projet propose aux élèves et aux enseignants de cogérer de manière globale un espace d'actions, de réflexions, d'initiatives et de choix, de rôles et de responsabilités qui changent les relations professeur-élève et donnent du sens à la formation. Pour les élèves, le projet, dans le cadre de ce programme, est un élément essentiel aux démarches d'investigation et de résolution de problème. Il conforte l'acquisition du corpus de connaissances générales et techniques, indispensable à la poursuite d'études notamment.

En classe terminale, un projet pluri-technologique collaboratif de conception - réalisation, d'amélioration ou d'optimisation d'un produit, d'une durée de 72 heures, implique un travail collectif de synthèse et d'approfondissement. Les trois champs matière, énergie et information doivent obligatoirement être présents. Les démarches d'ingénierie collaborative et d'éco-conception sont utilement mises en œuvre permettant à chaque élève et au groupe de faire preuve d'initiative et d'autonomie.

En fin de première, un projet de 36 heures, organisé avec la même logique, permet d'imaginer et de matérialiser tout ou partie d'une solution originale pour répondre à un besoin. Il peut être commun à toutes les équipes d'une même classe, d'un établissement ou d'une académie et prendre la forme d'un « défi ». Les prototypes réalisés doivent permettre les expérimentations nécessaires à leur qualification.

Les enseignements technologiques ne peuvent s'effectuer sans un usage éclairé et responsable du numérique dont l'intégration dans les produits est une réalité et participe à l'innovation. Il est donc pertinent d'envisager dès maintenant la réalisation de « jumeaux numériques » (note 4) lors des projets. Les objectifs de la communication permettent aux élèves de présenter les différentes problématiques techniques auxquelles ils sont confrontés et d'expliciter de façon raisonnée les choix effectués, y compris en langue vivante A.

Afin de favoriser le développement de liens forts entre tous les enseignements, il est nécessaire que tous les professeurs puissent accéder au laboratoire de technologie. Cet aspect permet à toutes les disciplines de prendre appui sur les situations concrètes rencontrées (expérimentations, projets, études de produits) et favorise la conception de progressions pédagogiques partagées.

L'oral terminal prend alors tout son sens pour évaluer les acquis des élèves lors de la réalisation du projet technologique, dans une approche scientifique des phénomènes observés, et technologique des solutions constructives envisagées.

Note du texte officiel :

• (4) Le « jumeau numérique » est la représentation virtuelle, dynamique, d'un produit physique dont il reproduit les caractéristiques essentielles.

L'enseignement de spécialité « ingénierie, innovation et développement durable » proposé en classe terminale

Cette spécialité résulte de la fusion des spécialités de première et introduit des enseignements spécifiques d'application. Le programme comprend ainsi des connaissances communes et des connaissances propres à chacun des champs spécifiques : architecture et construction (AC), énergies et environnement (EE), innovation technologique et éco-conception (ITEC), systèmes d'information et numérique (SIN). Le programme vise l'acquisition de compétences de conception, d'expérimentation, de dimensionnement et de réalisation de prototypes dans leur champ technique propre selon des degrés de complexité adaptés à la classe terminale.

La mise en œuvre du programme associe étroitement :

• l'observation du fonctionnement et des solutions constructives d'un produit ;
• l'expérimentation et la simulation de tout ou partie du produit ;
• le raisonnement théorique nécessaire pour interpréter des résultats.

Le programme développe des compétences propres à chaque enseignement spécifique. Il appréhende aussi de manière globale l'approche « matière - énergie - information » qui caractérise les interactions au sein d'un produit réel. Le projet est le pivot des enseignements spécifiques du programme ; il requiert un développement pluri-technologique mené de manière collaborative. La réalisation et l'expérimentation d'un prototype ou d'une maquette sont des éléments déterminants du programme.

Enfin, des expérimentations propres à chaque enseignement spécifique, associées à la découverte de solutions constructives, sont proposées pour donner un corpus de connaissances techniques plus approfondi.

Architecture et construction : cet enseignement spécifique explore des solutions architecturales et constructives pour concevoir tout ou partie de bâtiments et d'ouvrages de travaux publics dans le cadre de problématiques d'aménagement de territoires. Il apporte les compétences nécessaires à l'analyse, la conception et l'intégration d'une éco-construction dans un environnement connecté.

Énergies et environnement : cet enseignement spécifique explore l'amélioration de la performance énergétique et l'étude de solutions constructives liées à la maîtrise des énergies. Il apporte les compétences nécessaires pour appréhender les technologies dites « intelligentes » de gestion de l'énergie et les solutions innovantes du domaine des micro-énergies jusqu'au domaine macroscopique dans une démarche de développement durable.

Innovation technologique et éco-conception : cet enseignement spécifique explore l'étude et la recherche de solutions constructives innovantes relatives aux structures matérielles des produits en intégrant toutes les dimensions de la compétitivité industrielle. Il apporte les compétences nécessaires à l'analyse, la conception et l'intégration dans son environnement d'un produit dans une démarche de développement durable.

Systèmes d'information et numérique : cet enseignement spécifique explore la façon dont le traitement numérique de l'information permet le pilotage des produits et l'optimisation de leurs usages et de leurs performances environnementales. Il apporte les compétences nécessaires pour développer des solutions intégrées, matérielles et logicielles, utiles à la conception de produits communicants.

Objectifs et compétences des enseignements de terminale

Sept objectifs structurent les enseignements technologiques, tous reliés à une dimension de la technologie. Chaque objectif est décliné en compétences. En terminale, toutes les compétences listées ci-dessous sont marquées XX dans la colonne 2I2D du programme officiel, c'est-à-dire totalement mobilisées et évaluées en priorité. Les compétences CO5.8, CO6.5 et CO7.6 sont des compétences génériques contextualisées pour chacun des quatre enseignements spécifiques ; les contextualisations officielles sont reproduites.

O1 - Caractériser des produits ou des constituants privilégiant un usage raisonné du point de vue développement durable (dimension socioculturelle)

• CO1.1. Justifier les choix des structures matérielles et/ou logicielles d'un produit, identifier les flux mis en œuvre dans une approche de développement durable.
• CO1.2. Justifier le choix d'une solution selon des contraintes d'ergonomie et de design.
• CO1.3. Justifier les solutions constructives d'un produit au regard des performances environnementales et estimer leur impact sur l'efficacité globale.

O2 - Identifier les éléments influents du développement d'un produit (dimension scientifique et technique)

• CO2.1. Décoder le cahier des charges d'un produit, participer, si besoin, à sa modification.
• CO2.2. Évaluer la compétitivité d'un produit d'un point de vue technique et économique.

O3 - Analyser l'organisation fonctionnelle et structurelle d'un produit (dimension scientifique et technique)

• CO3.1. Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d'un produit ainsi que ses entrées/sorties.
• CO3.2. Identifier et caractériser l'agencement matériel et/ou logiciel d'un produit.
• CO3.3. Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d'un produit ou d'un processus.
• CO3.4. Identifier et caractériser des solutions techniques.

O4 - Communiquer une idée, un principe ou une solution technique, un projet, y compris en langue étrangère (communication)

• CO4.1. Décrire une idée, un principe, une solution, un projet en utilisant des outils de représentation adaptés.
• CO4.2. Décrire le fonctionnement et/ou l'exploitation d'un produit en utilisant l'outil de description le plus pertinent.
• CO4.3. Présenter de manière argumentée des démarches, des résultats, y compris dans une langue étrangère.

O5 - Imaginer une solution, répondre à un besoin (dimension ingénierie design)

• CO5.1. S'impliquer dans une démarche de projet menée en groupe.
• CO5.2. Identifier et justifier un problème technique à partir de l'analyse globale d'un produit (approche matière - énergie - information).
• CO5.3. Mettre en évidence les constituants d'un produit à partir des diagrammes pertinents.
• CO5.4. Planifier un projet (diagramme de Gantt, chemin critique) en utilisant les outils adaptés et en prenant en compte les données technico-économiques.
• CO5.5. Proposer des solutions à un problème technique identifié en participant à des démarches de créativité, choisir et justifier la solution retenue.
• CO5.6. Participer à une étude de design d'un produit dans une démarche de développement durable.
• CO5.7. Définir la structure matérielle, la constitution d'un produit en fonction des caractéristiques technico-économiques et environnementales attendues.
• CO5.8. Concevoir, décliné par enseignement spécifique :
  • AC1 : proposer et choisir des solutions constructives répondant aux contraintes et attentes d'une construction.
  • AC2 : proposer et choisir des procédés de mise en œuvre d'un projet de construction et organiser les modalités de sa réalisation.
  • EE1 : définir (ou modifier) la structure, les choix de constituants, les paramètres de fonctionnement d'une chaîne d'énergie afin de répondre à un cahier des charges ou à son évolution.
  • EE2 : définir (ou modifier), paramétrer et programmer le système de gestion d'une chaîne d'énergie afin de répondre à un cahier des charges et d'améliorer la performance énergétique.
  • ITEC1 : définir à l'aide d'un modeleur numérique, les formes et dimensions d'une pièce d'un produit à partir des contraintes fonctionnelles, de son procédé de réalisation et de son matériau.
  • ITEC2 : définir, à l'aide d'un modeleur numérique, les modifications d'un sous-ensemble mécanique à partir des contraintes fonctionnelles.
  • SIN1 : proposer/choisir l'architecture d'une solution logicielle et matérielle au regard de la définition d'un produit.
  • SIN2 : rechercher et écrire l'algorithme de fonctionnement puis programmer la réponse logicielle relative au traitement d'une problématique posée.

O6 - Préparer une simulation et exploiter les résultats pour prédire un fonctionnement, valider une performance ou une solution (dimension scientifique et technique)

• CO6.1. Expliquer des éléments d'une modélisation multiphysique proposée relative au comportement de tout ou partie d'un produit.
• CO6.2. Identifier et régler des variables et des paramètres internes et externes utiles à une simulation mobilisant une modélisation multiphysique.
• CO6.3. Évaluer un écart entre le comportement du réel et les résultats fournis par le modèle en fonction des paramètres proposés, conclure sur la validité du modèle.
• CO6.4. Choisir pour une fonction donnée, un modèle de comportement à partir d'observations ou de mesures faites sur le produit.
• CO6.5. Interpréter les résultats d'une simulation et conclure sur la performance de la solution, décliné par enseignement spécifique :
  • AC1 : simulation d'un usage ou d'un comportement structurel, thermique, acoustique, etc. de tout ou partie d'une construction.
  • AC2 : simulation de procédés pour valider un moyen de réalisation.
  • EE1 : simulation énergétique (électrique, mécanique, thermique, lumineuse, etc.) de tout ou partie d'un produit connaissant les caractéristiques utiles et les paramètres externes et internes.
  • EE2 : simulation de la gestion de la chaîne de puissance.
  • ITEC1 : simulation mécanique pour obtenir les caractéristiques d'une loi d'entrée/sortie d'un sous-ensemble mécanique ou observer le comportement sous charges d'un assemblage.
  • ITEC2 : simulation de procédés pour valider les formes et dimensions d'une pièce.
  • SIN1 : simulation d'un comportement informationnel faisant intervenir un ou plusieurs constituants matériels et/ou traitements logiciels simples d'une chaîne d'information.

O7 - Expérimenter et réaliser des prototypes ou des maquettes (dimension d'ingénierie design)

• CO7.4. Réaliser et valider un prototype ou une maquette obtenus en réponse à tout ou partie du cahier des charges initial.
• CO7.5. Mettre en œuvre un scénario de validation devant intégrer un protocole d'essais, de mesures et/ou d'observations sur le prototype ou la maquette, interpréter les résultats et qualifier le produit.
• CO7.6. Expérimenter, décliné par enseignement spécifique :
  • AC1 : sur des ouvrages ou des maquettes physiques simplifiées et instrumentées pour étudier l'usage ou le comportement d'un ouvrage réel ou celui d'éléments constitutifs et valider des choix techniques.
  • EE1 : des procédés de stockage, de production, de transformation, de récupération d'énergie pour aider à la conception d'une chaîne de puissance.
  • EE2 : tout ou partie d'une chaîne de puissance associée à son système de gestion dans l'objectif d'en relever les performances énergétiques et d'en optimiser le fonctionnement.
  • ITEC1 : des procédés de réalisation pour caractériser les paramètres de transformation de la matière et leurs conséquences sur la définition et l'obtention de pièces.
  • ITEC2 : mesurer des performances d'un constituant ou d'un sous-ensemble d'un produit.
  • SIN1 : des moyens matériels d'acquisition, de traitement, de stockage et de restitution de l'information pour aider à la conception d'une chaîne d'information.
  • SIN2 : des architectures matérielles et logicielles en réponse à une problématique posée.

Connaissances associées des enseignements de terminale

Le programme officiel associe à chaque contenu un niveau d'acquisition et de maîtrise, selon la taxonomie suivante :

• Niveau 1, niveau d'information : le contenu est relatif à l'appréhension d'une vue d'ensemble d'un sujet : montrer ses réalités sous certains aspects de manière partielle ou globale.
• Niveau 2, niveau d'expression : le contenu est relatif à l'acquisition de moyens d'expression et de communication : définir, utiliser les termes composant la discipline. Il s'agit de maîtriser un savoir « appris ». Ce niveau englobe le précédent.
• Niveau 3, niveau de la maîtrise d'outils : le contenu est relatif à la maîtrise d'outils d'étude ou d'action : utiliser, manipuler des règles ou des ensembles de règles (algorithme), des principes, des démarches formalisées en vue d'un résultat à atteindre. Ce niveau englobe les deux niveaux précédents.
• Niveau 4, niveau de la maîtrise méthodologique : le contenu est relatif à la maîtrise d'une méthodologie de formulation et de résolution de problèmes : assembler, organiser les éléments d'un sujet, identifier les relations, raisonner à partir de ces relations, décider en vue d'un but à atteindre. Il s'agit de maîtriser une démarche : induire, déduire, expérimenter, se documenter. Ce niveau englobe les trois niveaux précédents.

Nota du texte officiel :

• les évaluations permettant la certification ne peuvent porter que sur des compétences utilisant des savoirs, savoir-faire et démarches de niveau 2, 3 et 4 ;
• les tableaux définissant les programmes de la série STI2D ne sont en aucun cas une présentation chronologique des connaissances et compétences à faire acquérir aux élèves ;
• le niveau 4 attestant la maîtrise méthodologique n'est pas attendu au cycle terminal.

Seuls les contenus pour lesquels le programme officiel renseigne au moins une colonne de terminale sont reproduits ci-dessous. Les niveaux sont indiqués par enseignement spécifique (AC, ITEC, EE, SIN) ; la mention « commun » correspond aux cases fusionnées du tableau officiel, qui indiquent les enseignements de terminale communs aux quatre enseignements spécifiques. Les commentaires sont ceux du texte officiel. Les liens avec les autres enseignements scientifiques (physique-chimie, mathématiques) indiqués dans le programme sont précisés lorsqu'ils existent.

1. Principes de conception des produits et développement durable

1.1. La démarche de projet

1.1.1. Les projets industriels :

• Rôle, fonctions et responsabilité des principaux intervenants d'un projet (maître d'ouvrage, d'œuvre, entreprises, coordonnateurs, contrôleurs). Animation d'une équipe projet (AC : 3). Commentaire : l'importance et le rôle des différents acteurs sont décrits par le filtre d'une démarche de projet qui permet de présenter les principes de droit, de réglementation, de contrôle et de normalisation.
• Attendus des principales phases du projet et impact sur la démarche de conception (phases d'étude d'utilité publique, APS, APD, consultation, phase d'exécution). Principes d'organisation et planification d'un projet (développement séquentiel, découpage du projet en fonctions élémentaires ou en phases, phases de réalisation) (AC : 3). Commentaire : utiliser les outils adaptés pour planifier un projet (diagramme de Gantt, chemin critique, réunions de projet). Ces connaissances sont à aborder lors d'une étude de cas pour des produits relevant du domaine de la construction.
• Contexte réglementaire des projets (AC : 3). Commentaire : mise en situation du projet dans son contexte et adaptation des solutions constructives en fonction des réglementations en vigueur.

1.1.2. Communication technique :

• Cartes mentales, représentations numériques, diagrammes SysML pertinents, prototype et maquette, croquis et schémas non normalisés, organigrammes (commun : 3). Commentaire : il s'agit de savoir choisir et utiliser un outil de communication technique en fonction du contenu à transmettre et de l'interlocuteur auquel on s'adresse.
• Outils de partage et d'organisation du travail collaboratif (cloud, PLM, BIM) (commun : 2). Commentaire : il s'agit principalement d'utiliser ces outils lors des projets collaboratifs.

1.2. Outils de l'ingénierie système

1.2.1. Concepts de systèmes :

• Approche système (environnement, frontières, système d'intérêt, points de vue) (commun : 3). Commentaire : le langage SysML est uniquement réservé à la description d'un système technique.

1.2.2. Ingénierie système :

• Analyse du besoin : besoin initial, mission principale, contexte, cas d'utilisations, scénarios d'utilisation, besoins des parties prenantes (commun : 3). Commentaire : à la lecture d'un cahier des charges, l'élève doit savoir extraire les informations pertinentes décrites en langage SysML. En projet de construction, l'analyse du besoin peut faire appel à d'autres outils complémentaires.
• Spécification technique, conception de l'architecture. États, séquences. Fonctionnalités, structure physique, flux internes/externes (commun : 3). Commentaire : les grands principes sont évoqués en démarche de projet. Le but recherché est d'amener l'élève en phase de spécification à apporter ses propres concepts opérationnels ou architecturaux, tout en restant dans le domaine du problème, afin de définir les exigences systèmes issues des besoins ; et d'amener l'élève en phase de conception à proposer sa propre architecture fonctionnelle et structurelle, satisfaisant et validant les exigences systèmes définies préalablement.
• IVVQ : intégration, vérification, validation, qualification (commun : 3). Commentaire : les grands principes sont là aussi évoqués en démarche de projet : l'intégration (entendue « sur site d'exploitation ») quand elle est possible est évoquée ; l'accent est mis sur les outils de vérification et de validation ; la qualification étant la mesure de performance une fois le système produit, le savoir-faire inhérent relève du domaine expérimental.

1.5. Approche environnementale

1.5.3. Utilisation raisonnée des ressources :

• Impacts environnementaux associés au cycle de vie du produit : conception (optimisation des masses et des assemblages) ; contraintes d'industrialisation, de réalisation, d'utilisation (minimisation et valorisation des pertes et des rejets) et de fin de vie (AC : 3 ; ITEC : 3 ; EE : 3). Commentaire : approche comparative sur des cas d'optimisation. Ce concept est abordé à l'occasion d'études de dossiers techniques globales portant sur les différents champs technologiques. Lien sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux.
• Efficacité énergétique d'un produit (EE : 3). Commentaire : minimisation de la consommation énergétique. Apport de la chaîne d'information associée à la commande pour améliorer l'efficacité globale d'un produit.

2. Approche fonctionnelle et structurelle des produits

2.1. Représentation des flux MEI

• Notion de flux et de stock. Principaux flux de transfert de matière, d'énergie, d'information. Principes de caractérisation des flux, unités, calcul (commun : 3). Commentaire : différencier et identifier sur un produit les principaux flux (déplacement, transfert) et principaux stocks (accumulation). Caractériser les flux liés à la circulation ou au transfert de la matière, de l'énergie et de l'information (débit surfacique, volumique, flux lumineux, thermique, courant électrique, etc.). Lien sciences : physique-chimie, énergie interne.
• Diagrammes de blocs internes IBD (Internal Block Diagram) SysML (ITEC : 3 ; EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : ces diagrammes sont abordés en lecture, et en modification partielle sur des diagrammes simples. Il est également possible d'utiliser des représentations simplifiées des chaînes d'énergie ou d'information (dans le contexte de l'optimisation de la gestion d'énergie) adaptées à une partie du produit étudié.
• Diagrammes de SANKEY (représentation qualitative et quantitative des flux de matière, énergie et information) (AC : 3 ; EE : 3). Commentaire : analyse des flux MEI (Matière, Énergie, Information) d'un produit, sur des diagrammes fournis. Création ou modification de diagrammes simples. Analyse globale des flux du produit (bilan énergétique, bilan d'approvisionnement en matière ou fluides, etc.).

2.2. Approche fonctionnelle et structurelle des ossatures et des enveloppes

2.2.1. Typologie des enveloppes :

• Principaux types d'enveloppe des produits. Principales fonctions (esthétique, isolations diverses, sécurité, étanchéités ou perméabilités, agencement d'éléments). Caractéristiques, niveaux de performance (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : le terme « enveloppe » désigne les enveloppes rigides ou non rigides, les revêtements extérieurs ou intérieurs des constructions, carters, carénages, coques et boîtiers des produits. Il s'agit ici d'étudier différents types d'enveloppes, d'identifier, comparer, caractériser les fonctions assurées. Liens sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux ; les ondes sonores.

2.2.2. Typologie des ossatures :

• Principaux types de sous-ensembles élémentaires des ossatures (câbles, poutres, parois, plaques, coques, portiques, treillis). Principales caractéristiques des ossatures (AC : 3). Commentaire : il s'agit d'analyser leurs principales caractéristiques géométriques, mécaniques, technologiques ; de reconnaître des sous-ensembles élémentaires des structures courantes à partir de leurs caractéristiques principales, et de relier ces caractéristiques aux fonctions des composants dans l'ossature. En AC, il convient d'insister sur la continuité mécanique sur la transmission des sollicitations et leurs effets (phénomène de redistribution). Application dans les composants d'une poutre continue.

2.2.3. Typologie des assemblages :

• Principaux assemblages fixes et démontables (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : il s'agit de différencier les assemblages selon leur fonction (montage, démontage, fixation ou scellement définitif).

2.3. Approche fonctionnelle et structurelle des chaînes de puissance

2.3.1. Typologie des chaînes de puissance :

• Notion de chaîne de puissance. Principales fonctions relatives à la chaîne de puissance : captation d'énergie ; stockage, transport, distribution ; conversion, transformation ; modulation, adaptation, transmission. Caractérisation des fonctions. Représentation graphique d'une chaîne de puissance (ITEC : 3 ; EE : 3). Commentaire : est entendu ici par l'expression « chaîne de puissance » l'ensemble des fonctions dédiées spécifiquement aux énergies de toutes natures. La représentation graphique d'une chaîne de puissance est réalisée par des schémas blocs. L'approche se limite à la caractérisation externe des fonctions. Il convient d'insister sur les organisations très variées dans lesquelles ces fonctions peuvent s'organiser ou s'enchaîner, notamment dans le cas où l'on utilise une représentation simplifiée de chaîne de puissance. Liens sciences : physique-chimie, énergie interne ; l'énergie électrique ; énergie mécanique.

2.3.4. Modulation de puissance :

• Types de modulation électrique commandée (AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC) (EE : 3). Commentaire : il s'agit de connaître les types de modulation de puissance (tout ou rien (TOR) ou progressive) habituels et les grands principes mis en œuvre sans aborder le détail de la structure utilisée. Lien sciences : physique-chimie, l'énergie électrique.

2.3.5. Adaptation de puissance :

• Types d'adaptation : électrique non commandée (AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC) (EE : 3). Commentaire : il s'agit de connaître les types d'adaptation de puissance habituels et les grands principes mis en œuvre (sans aborder le détail de la structure utilisée). Il s'agit également d'expliquer que l'adaptation porte soit sur la forme, soit sur les grandeurs flux ou effort. Lien sciences : physique-chimie, l'énergie électrique.

2.3.6. Transmission de puissance :

• Représentation plane et spatiale des liaisons élémentaires parfaites. Classes d'équivalences cinématiques, graphe de liaison. Schéma cinématique, schéma cinématique minimal (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : reconnaître et choisir les représentations des liaisons élémentaires. Produire ou modifier un schéma cinématique d'un système simple et plan (3 ou 4 liaisons élémentaires parfaites maximum). Décoder et compléter des schémas cinématiques de mécanismes et également de structures porteuses planes immobiles. Lien sciences : physique-chimie, énergie mécanique.

2.4. Approche fonctionnelle et structurelle d'une chaîne d'information

2.4.1. Typologie des chaînes d'information :

• Notion de chaîne d'information. Principales fonctions relatives à la chaîne d'information : acquérir, traiter, communiquer. Caractérisation des fonctions. Représentation graphique d'une chaîne d'information (EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : la représentation graphique d'une chaîne d'information est réalisée par des schémas blocs. Se limiter à la caractérisation externe des fonctions. Insister sur les organisations très variées dans lesquelles ces fonctions peuvent s'organiser ou s'enchaîner, notamment dans le cas où est utilisée une représentation simplifiée des chaînes d'information. Lien sciences : physique-chimie, introduction à la notion d'onde.

2.4.2. Acquisition et restitution de l'information :

• Acquisition d'une grandeur physique (principe, démarches et méthodes, notions requises) (SIN : 3). Commentaire : prélèvement de l'information (grandeurs physiques, états logiques, valeurs numériques) depuis le produit, son environnement ou l'IHM (Interface Homme Machine). Grandeurs mesurées et grandeurs d'influence ; signal restitué. Caractéristiques utiles : étendue de mesure, résolution, sensibilité, précision, fonction de transfert et linéarité. Choix d'un dispositif d'acquisition adapté à un objectif donné. Lien sciences : physique-chimie, mesures et incertitudes.
• Conditionnement d'une grandeur électrique (mise en forme, amplification, filtrage) (SIN : 3). Commentaire : la notion de filtrage est étudiée dans le cadre d'un filtre passe-bas du premier ordre, servant à lisser une information sur amplitude ou à atténuer le bruit parasite. Seul le niveau fonctionnel de l'amplification est abordé, la fonction est réalisée par des circuits intégrés spécialisés.
• Conversion Analogique/Numérique (CAN) (SIN : 3). Commentaire : CAN : caractéristiques utiles à leur mise en œuvre (grandeur d'entrée, grandeur de sortie, caractéristique de transfert, nombre de bits, résolution, quantum, valeur pleine échelle). La structure interne des CAN n'est pas développée.

2.4.3. Codage et traitement de l'information :

• Encodage de l'information : binaire, hexadécimal, ASCII (SIN : 3). Commentaire : identification du type de codage. En première se limiter aux règles de numération et aux changements de base binaire/décimal et décimal/binaire.
• Algorithmique (EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : structures conditionnelles, itératives. Utilisation de variables (type, taille, etc.). Appel de procédures/sous-programme. Lien sciences : mathématiques, algorithmique et programmation.
• Traitement numérique (SIN : 3). Commentaire : le traitement numérique est limité aux opérateurs arithmétiques. Les effets de bords liés à la taille des données, aux capacités de stockage, aux temps de traitement sont mis en évidence.
• Compression de données (SIN : 2). Commentaire : seules des notions de taux de compression sont étudiées ici à travers des exemples simples.

2.4.4. Transmission de l'information :

• Typologie des transmissions (SIN : 3). Commentaire : connections point à point (filaire, sans fil). Typologie des réseaux (étoile, anneau à jeton, etc.). Lien sciences : physique-chimie, les ondes électromagnétiques.
• Architecture d'un réseau informatique (SIN : 3). Commentaire : modèle en couche des réseaux : se limiter à la description du modèle OSI. Protocoles et encapsulation des données. Adresse physique et adresse logique. On se limite au protocole IPV4.
• Architecture Client/Serveur (SIN : 2). Commentaire : serveur Web : distribution AMP (Apache + MySQL + Php) ou autre distribution équivalente. Serveur DHCP et serveur de nom de domaine (DNS).

2.4.5. Structure d'une application logicielle :

• Organisation structurelle d'une application logicielle : programme principal, interfaces, entrées-sorties, sous-programmes, procédures, fonctions (EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : analyse de la constitution d'une application logicielle en termes de programme principal, interfaces, entrées et sorties, sous-programmes, procédures, ou fonctions. Représentation graphique schématique de la structure. Lien sciences : mathématiques, algorithmique et programmation.

3. Approche comportementale des produits

3.1. Modélisations et simulations

3.1.1. Progiciels de simulation :

• Typologie des progiciels. Critères de choix (commun : 3). Commentaire : les principaux outils de modélisation simulables sont abordés, en définissant précisément le domaine d'application : modèle volumique ; modèle multiphysique ; modèle fonctionnel (de type schéma-bloc) ; modèle comportemental (de type diagramme d'états/activités) ; modèle de régression (de type tableur).

3.1.2. Paramétrage d'un modèle :

• Variables internes, variables externes (commun : 3). Commentaire : sous l'expression « variable interne » sont considérés les paramètres d'un modèle de type « boîte noire », paramètres de constituants physiques. Sous l'expression « variables externes » est entendu le signal temporel, pour les liens hors modèle multi-physique (de type schéma-bloc).
• Notion de grandeur flux, grandeur effort (EE : 3). Commentaire : différencier un flux MEI d'une « grandeur flux » d'un modèle multiphysique. Identifier les principales grandeurs flux et grandeur effort pour différentes technologies : mécanique (force ou couple/vitesse ou vitesse angulaire) ; électrique (tension/courant) ; hydraulique (pression/débit volumique).
• Entrées, sources de simulation (commun : 3). Commentaire : l'accent est mis sur les principales sources utilisées en simulation et leur paramétrage.
• Sorties, rendus des résultats (commun : 3). Commentaire : se limiter aux blocs de rendu graphique et à leur paramétrage.

3.1.4. Post-traitement et analyse des résultats :

• Principaux traitements de données postérieurs aux résultats issus de simulation. Interprétation des résultats d'une simulation : courbe, tableau, graphe, unités associées (commun : 3). Commentaire : exploiter ou affiner des résultats issus d'une simulation par traitement postérieur des données. Lien sciences : mathématiques enseignement commun, statistiques et probabilités.

3.2. Comportement mécanique des produits

3.2.1. Concept de mouvement :

• Mouvements des mécanismes (en lien avec la modélisation des liaisons) : rotation autour d'un axe fixe et translation rectiligne et mouvements plans ; les trajectoires ; les vitesses et accélérations ; analyse/recherche de lois d'entrée-sortie de systèmes mécaniques plans issus d'objets techniques observables (ITEC : 3). Commentaire : il s'agit de mettre en relief les paramètres influents pour valider et/ou optimiser les performances observées vis à vis de celles attendues. L'utilisation du modèle de présentation « torseur cinématique » est limitée au mode descriptif uniquement dans la perspective de renseigner les caractéristiques dans un logiciel de simulation ou pour analyser un dispositif expérimental didactisé ou non. Des progiciels intégrant un module de traitement du comportement dynamique des produits sont utilisés avec assistance. Liens sciences : physique-chimie, énergie mécanique ; mathématiques, analyse (dérivées et primitives).
• Comportement des liaisons élémentaires en relation avec les mouvements et les efforts (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : l'utilisation de suites logicielles adaptées à l'enseignement pré-bac doit permettre de relier les performances cinématiques aux conditions de chargement qui les génèrent.

3.2.2. Concept d'équilibre :

• Équilibre des solides : principe fondamental de la statique ; modélisation des actions mécaniques ; modélisation des liaisons : liaison complète, pivot, glissière, pivot glissant, rotule, ponctuelle et appui plan ; résolution d'un problème de statique par progiciel (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : il s'agit de mettre en relief les paramètres influents pour valider et/ou optimiser les performances observées vis à vis de celles attendues. L'utilisation du modèle de présentation « torseur des actions mécaniques » est limitée au mode descriptif uniquement dans la perspective de renseigner les caractéristiques dans un logiciel de simulation ou pour analyser un dispositif expérimental didactisé ou non. L'utilisation de progiciels volumiques intégrant un module de traitement du comportement statique des produits est réalisée avec assistance. Liens sciences : physique-chimie, énergie mécanique ; mathématiques, produit scalaire.
• Concept de stabilité et d'instabilité d'un composant ou d'une structure mécanique : équilibre stable et instable ; phénomène de flambement ; stabilité d'une structure dans l'espace ; comportement vibratoire (AC : 3 ; ITEC : 2). Commentaire : il s'agit de sensibiliser de manière qualitative aux comportements amenant aux principaux risques d'instabilité d'un ensemble matériel : présentation du risque et phénomène de flambement d'une pièce comprimée ; présentation du risque et phénomène d'instabilités d'une structure nécessitant des contreventements dans les trois directions de l'espace.
• Transmission des efforts (AC : 3 ; ITEC : 3 ; EE : 3). Commentaire : en AC, il s'agit de décrire le cheminement des charges dans une ossature par un schéma. Le calcul de la descente de charges se fait à l'aide d'un logiciel de simulation.

3.2.3. Concept de résistance :

• Résistance à la rupture, résistance à la déformation. Résistance des matériaux : hypothèses et modèle poutre ; notion de contrainte normale ; pour une sollicitation de traction simple, notion de déformation et loi de Hooke ; module d'Young ; limite élastique ; sollicitation simple de type traction, compression, flexion simple. Simulations par éléments finis (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : l'utilisation de progiciels intégrant un module de calcul par éléments finis ou dédié est privilégiée. Lien indispensable avec les essais des matériaux du chapitre 6.
• Déformation et contraintes normales dans une structure isostatique : en flexion simple (poutre isostatique) ; en traction et en compression simple (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : analyse de structures simples en traction/compression simple ou flexion simple, analyse des contraintes normales et tangentielles, des déformations et déplacements.
• Scénario de simulation pour comparer et valider une solution, modifier une pièce ou un sous-ensemble (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : il s'agit, par études de cas successives, d'appréhender différentes natures de simulation ou différents paramétrages au sein d'une même simulation.

3.3. Comportement énergétique des produits

• Principe de conservation d'énergie, pertes et rendements, principe de réversibilité (EE : 3). Commentaire : il s'agit d'insister sur la conservation d'énergie et sur la notion de systèmes isolés ou d'échanges avec l'extérieur. Lien sciences : physique-chimie, l'énergie et ses enjeux.
• Natures et caractéristiques des sources d'énergie et des charges (EE : 3). Commentaire : il s'agit d'étudier les paramètres influents du fonctionnement de différentes chaînes d'énergie entre une source et une charge. L'analyse de systèmes simples doit permettre de montrer l'analogie entre les éléments mécaniques, électriques, hydrauliques, pneumatiques, thermiques. Il est nécessaire d'insister sur les notions de point de fonctionnement en régime établi et de mettre en évidence le régime transitoire. Lien sciences : physique-chimie, énergie interne.
• Optimisation des échanges d'énergie entre source et charge, amélioration de l'efficacité (EE : 3). Commentaire : l'accent est mis sur la limitation des pertes (pertes par effet joules, pertes de charges, etc.), l'optimisation des points de fonctionnement de tout ou partie de la chaîne d'énergie voire de l'amélioration des caractéristiques de la source et/ou de la charge.
• Comportement temporel des constituants d'une chaîne d'énergie. Représentation des phases de transferts et de stockages (EE : 3). Commentaire : il s'agit d'étudier l'évolution de l'état énergétique (transfert W et/ou Q ou stockage E) des constituants à travers la visualisation de variables représentatives. Lien sciences : mathématiques, analyse (dérivées et primitives).

3.4. Comportement informationnel des produits

3.4.1. Nature et représentation de l'information :

• Nature d'une information (SIN : 3). Commentaire : signal logique, analogique, numérique (TOR, échantillonné). Entrées/sorties : montages analogiques de base pour l'obtention/génération d'une information logique (on prendra comme niveaux logiques 1/0 les valeurs 5V/0V). Liens sciences : physique-chimie, introduction à la notion d'onde ; mathématiques, nombres complexes.
• Représentation temporelle d'une information (SIN : 3). Commentaire : le but est d'obtenir, à partir de la visualisation temporelle d'une information (lecture de chronogramme), les grandeurs caractéristiques de l'information : période, fréquence, amplitude, niveau (logique), rapport cyclique.
• Représentation fréquentielle d'une information (SIN : 2). Commentaire : se limiter à une approche qualitative des fréquences audibles : notions de basses, moyennes et hautes fréquences d'un signal audio, représentation spectrale d'un signal audio simple.

3.4.2. Description et simulation comportementale de l'information :

• Diagramme de séquence (SIN : 3).
• Diagramme d'états, d'activités (EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : le diagramme de séquence est utilisé comme outil de description d'échanges d'information, déroulé temporel d'un scénario d'utilisation. Les diagrammes d'états et/ou d'activités servent d'outils de description voire de simulation quand cela est possible : simulation évènementielle dont le but est de simuler les différents états possibles d'un produit et ses changements d'états selon des évènements définis ; simulation algorithmique pour exploiter la dualité diagramme d'activités/algorigramme pour simuler un algorithme séquentiel.

3.4.3. Inter-opérabilité des produits :

• Typologies des communications (SIN : 3). Commentaire : se limiter aux aspects qualitatifs des notions de : synchrone/asynchrone : communication en continu (streaming) ou à la demande ; half/full duplex : par analogie avec le talkie/walkie, le téléphone ; maître/esclave ; client/serveur.
• Liaisons séries : protocoles de communication, sens du flux de données, débit et rapidité de transmission (SIN : 3). Commentaire : en I2D : se limiter à la lecture de trame binaire, et à sa conversion. En SIN : les concepts de bit de start/stop doivent être assimilés, la notion de bit de parité sert d'introduction aux codes correcteurs.
• Configuration d'un réseau : routage de l'information ; adressage statique, dynamique (SIN : 3). Commentaire : se limiter à l'étude du fonctionnement d'un switch, d'un routeur, et à la manière dont circulent les informations (trames).
• Communication au sein d'un réseau : trames TCP/IP, UDP ; sockets ; protocoles FTP, http (SIN : 2). Commentaire : se limiter à mettre en évidence les différentes requêtes entre les constituants de manière expérimentale.
• Système temps-réel (SIN : 2). Commentaire : temps de cycle, interruptions (sur entrées, cycliques), de produits temps-réel.

3.4.4. Comportement des systèmes régulés ou asservis :

• Représentation d'une boucle de régulation ou d'asservissement (EE : 3). Commentaire : il s'agit d'étudier l'organisation fonctionnelle d'une boucle de régulation ou d'asservissement.
• Contrôle du fonctionnement d'un système régulé ou asservi en vue d'un maintien au plus près d'un point de fonctionnement (EE : 3). Commentaire : identification du principe utilisé (régulation, asservissement) et caractérisation des paramètres influant sur le contrôle du fonctionnement en vue d'un maintien au plus près d'un point de fonctionnement. Lien sciences : mathématiques, nombres complexes.

4. Éco-conception des produits

4.1. Outils de représentation du réel

4.1.1. Représentation numérique des produits :

• Élaboration de la maquette numérique d'un produit : conception de la maquette numérique d'un sous-ensemble et/ou d'une pièce à l'aide d'un modeleur volumique paramétrique ; structuration des modèles via les arbres de construction de pièce et d'assemblage ; robustesse du modèle numérique (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : la méthode de conception est adaptée au résultat attendu : simulation comportementale, résistance des matériaux, conception détaillée, etc.
• Exploitation de la maquette numérique d'un produit : utilisation des outils de présentation pertinents d'une solution de conception : illustrations 3D de type vues photo réalistes, éclatés, réalité virtuelle et/ou augmentée, nuage de points (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : permet de former les élèves à l'utilisation maîtrisée et pertinente des outils numériques de présentation à travers des approches structurées résumant le cheminement d'une démarche technologique (investigation, résolution d'un problème technique, projet technologique). À partir de la maquette numérique du projet renseignée (caractéristiques des composants) avec pour objectif de l'utiliser en démarche BIM ou PLM et dans divers outils logiciels.
• Visite virtuelle d'un ouvrage (AC : 3). Commentaire : préparation d'une visite virtuelle afin de valider les usages de la construction (déplacements, organisation spatiale, éléments de sécurité).

4.1.2. Outils de représentation schématique :

• Schéma architectural (mécanique, énergétique, informationnel) (commun : 3). Commentaire : le schéma architectural permet de décrire l'organisation structurelle d'un produit de manière non normalisée, il fait apparaître les composants et constituants (choix techniques, cheminement des câbles, des gaines, des tuyaux).
• Schéma électrique (EE : 3). Commentaire : les schémas respectent les normes en vigueur. Lien sciences : physique-chimie, l'énergie électrique.
• Schéma fluidique (EE : 3).
• Représentations planes d'un projet de construction (AC : 2). Commentaire : limitation à de la lecture de plans et profils.

4.2. Démarches de conception

4.2.1. Amélioration de la performance environnementale d'un produit :

• Outils de l'éco-conception et de l'éco-construction (commun : 3). Commentaire : en articulation avec le chapitre « approche environnementale ». Utilisation de logiciels ou de modules dédiés.

4.2.2. Choix des matériaux :

• Caractéristiques des matériaux naturels et artificiels. Critères et principes de choix des matériaux, méthodes structurées d'optimisation d'un choix, critères environnementaux (AC : 3 ; ITEC : 3 ; EE : 3). Commentaire : mettre en œuvre une démarche structurée et argumentée de choix de couple matériau/procédé sur des cas simples. Les approches multi contraintes et multi objectifs visent à montrer que les choix de matériaux relèvent de compromis entre des critères opposés selon la méthode d'Ashby. En EE : se contenter du choix de matériau du point de vue de leur comportement énergétique. Lien sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux.

4.2.3. Choix des constituants :

• Choix d'une solution : critères de choix associés à une conception ou à l'intégration d'une solution dans un produit (coût, fiabilité, environnement, ergonomie et design). Matrice de comparaison de plusieurs critères (AC : 3 ; ITEC : 3 ; EE : 3). Commentaire : en articulation avec le chapitre « solutions constructives ». En classe de première, la matrice de comparaison est fournie pour tout ou partie. En classe de terminale, la matrice peut être élaborée dans le cadre des projets.
• Choix de solutions logicielles, d'une unité de traitement et des interfaces (SIN : 3). Commentaire : choix des bibliothèques logicielles adaptées. Choix d'un environnement de développement intégré (IDE). Choix d'une unité de traitement à base de microcontrôleur, de nano contrôleur (objet connecté - Internet of Thing) ou d'un nano ordinateur, au regard du format et du volume des données à traiter, de la puissance de calcul nécessaire et du besoin de stockage. Choix des interfaces et des protocoles de communication entre les constituants au regard du nombre, du type et du format des entrées/sorties.

4.3. Conception des produits

4.3.1. Les réseaux intelligents :

• Réseaux de transport (fluides) et réseaux communicants (AC : 3). Commentaire : il s'agit de différencier les différents réseaux secs et humides et leurs caractéristiques principales (adduction d'eau potable, assainissement, fibre, etc.). Insister sur le maillage et l'importance et les nœuds de connexion, afin d'assurer la continuité du service. Liens sciences : physique-chimie, l'énergie électrique ; énergie mécanique.
• Structure des réseaux électriques spécifiques. Structure d'un réseau de production, de transport et de distribution de fluides (EE : 2). Commentaire : il s'agit de bien expliquer la différence entre réseaux électriques alternatifs et continus avec des exemples de distribution vers le domestique, l'industriel, l'urbain (tramways, véhicules électriques autonomes), etc. Exemples : réseaux de chaleur (écoquartier), réseaux d'air comprimé, ventilation, distribution d'eau chaude ou d'eau glacée, etc.
• Micro énergies pour dispositifs autonomes (EE : 2). Commentaire : il s'agit de porter la réflexion sur les moyens de mettre à profit l'énergie présente dans l'environnement local à des fins d'auto-alimentation de sources d'énergie pour des réseaux de capteurs, l'internet des objets, etc.

4.3.2. Conception bioclimatique, prédimensionnement des structures et ouvrages :

• Principes de conception et de prédimensionnement des principales solutions constructives : principes de conception bioclimatique ; principes de prédimensionnement des structures (AC : 3). Commentaire : il s'agit d'appliquer des démarches utilisées (principes, ratios) en architecture ou en ingénierie afin d'établir un avant-projet partiel et de le prédimensionner.
• Conception des ossatures : bâtiment et ouvrages de travaux publics (AC : 3). Commentaire : il s'agit de proposer une structure porteuse (porteurs verticaux, horizontaux, fondations, charpentes) adapté au projet.
• Conception des enveloppes (AC : 3). Commentaire : il s'agit d'aborder l'enveloppe d'une construction comme objet multi-contraint (esthétique, étanchéité, mécanique, confort, sécurité et communication, etc.).
• Conception des aménagements et équipements (AC : 3). Commentaire : il s'agit de vérifier que les solutions choisies sont conformes aux exigences (besoin, réglementations, etc.) dans différents domaines (thermique, acoustique, éclairement, domotique, etc.). Lien sciences : physique-chimie, les ondes sonores.

4.3.3. Efficacité énergétique passive et active d'un produit :

• Enveloppe du bâtiment, isolation (AC : 3). Commentaire : principe de l'analyse des apports et dépenses énergétiques dans une construction. Identification des principaux apports et dépenses énergétiques. Bilan énergétique sur une construction complète à l'aide d'un logiciel de simulation numérique. Liens sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux ; énergie interne.
• Conception de fonctionnalités intelligentes à caractère domotique et immotique (SIN : 3). Commentaire : il s'agit par une approche systémique et globale de gestion de l'énergie de travailler sur le pilotage automatisé du bâtiment en fonction de leurs usages.
• Récupération par réversibilité de la chaîne de puissance, par revalorisation des pertes (EE : 2). Commentaire : cette partie doit porter réflexion sur la pertinence de la récupération d'énergie tant sur le cycle de vie du produit amélioré que sur le retour sur investissement.

4.3.4. Conception numérique d'une pièce :

• Définition numérique d'une pièce d'un produit industriel (ITEC : 3). Commentaire : il s'agit de travailler, par extraction depuis un assemblage, sur la création de maquettes volumiques respectant les contraintes fonctionnelles (dimensionnelles et géométriques). Les maquettes numériques peuvent éventuellement être extraites de scan 3D. Les éventuelles mises en plan ne servent qu'à faire apparaître la cotation et les dimensions pertinentes par rapport aux fonctions assurées par la pièce ou le sous-ensemble. Il s'agit de travailler sur des maquettes numériques volumiques existantes, de porter les modifications attendues par la prise en compte de contraintes fonctionnelles (dimensionnelles et géométriques et d'aborder par ce biais les notions de jeu de fonctionnement et de conditions géométriques). L'identification des surfaces fonctionnelles et des contraintes géométriques est facilitée par la conception sous assemblage.
• Influences du procédé de réalisation et du matériau choisis sur les formes et dimensions d'une pièce simple (ITEC : 3). Commentaire : les études de cas sont traitées en lien avec l'expérimentation des procédés, en utilisant les outils de simulation directement accessibles dans le modeleur volumique et adaptés à la découverte et à l'initiation.

4.3.5. Conception informationnelle des produits :

• Bilan et nature des entrées/sorties. Structures de programmation. Fonctions logicielles. Méthodes et propriétés utiles en lien avec les bibliothèques logicielles choisies. Types de variables. Diagrammes de description (SIN : 3). Commentaire : lister les entrées et les sorties du système en fonction de leur nature (analogique, logique, numérique). Identifier, pour les bibliothèques logicielles utilisées, les méthodes utiles ainsi que les propriétés de celles-ci. Le choix des diagrammes retenus pour décrire le système est motivé par l'intention de communiquer à l'écrit comme à l'oral. Lien sciences : mathématiques, algorithmique et programmation.
• Codage dans un langage spécifique. Règles d'écriture (organisation du code, commentaires, documentation, etc.) (SIN : 3). Commentaire : les langages Python et C++ sont à utiliser. Pour l'écriture de pages web on utilisera HTML/CSS et PHP.
• Mise au point (SIN : 3). Commentaire : débogage (pas à pas, point d'arrêt, etc.). Intégration et fusion de différents programmes en un programme unique.

5. Solutions constructives

5.1. Constituants des ossatures et enveloppes

5.1.1. Enveloppe des produits :

• Façades mur-rideau, enveloppes construction bois, acier, béton (AC : 3). Commentaire : il s'agit de choisir un constituant en fonction de ses propriétés et de définir ses caractéristiques (géométriques, mécaniques ou énergétiques, etc.) pour répondre à une exigence. Lien sciences : physique-chimie, les énergies.

5.1.2. Fondations, soutènement, porteurs horizontaux et verticaux, contreventement :

• Soutènements : mur, paroi moulée, terre armée (AC : 3).
• Fondations superficielles et profondes : semelle isolée et filante, pieux (AC : 3).
• Porteurs verticaux et horizontaux (poteaux, poutres, voiles, planchers), contreventement, charpentes en béton, bois et métal, préfabriqués ou réalisés sur site (AC : 3). Commentaire : il s'agit de choisir un constituant en fonction de ses propriétés et de définir ses caractéristiques (géométriques, mécaniques, etc.) pour répondre à une exigence. Ces constituants peuvent être du domaine du bâtiment, des ouvrages d'arts ou toutes constructions spécifiques (écluses, barrages, etc.). Lien sciences : physique-chimie, énergie mécanique.

5.2. Constituants de puissance

5.2.1. Convertisseurs, adaptateurs et modulateurs de puissance :

• Convertisseurs. Modulateurs de puissance. Adaptateurs de puissance (EE : 3). Commentaire : porter attention aux grandeurs efforts/flux et aux caractéristiques de transfert des constituants, en privilégiant l'utilisation de formulaires et d'abaques. Il convient d'insister sur la complémentarité entre modulation et conversion d'énergie permettant de s'adapter aux caractéristiques de la charge et au sens de transfert de l'énergie (réversibilité). Sont entendus sous le terme « convertisseur » les ventilateurs, pompes, compresseurs, moteurs électriques, vérins, vannes, panneaux solaires, modules Peltier, éclairage, etc. Sont entendus sous l'expression « modulateur de puissance » les interfaces de puissance, variateurs de vitesse, de luminosité, etc. Sont entendus sous l'expression « adaptateur de puissance » les réducteurs, transformateurs électriques parfaits et échangeurs thermiques. Lien sciences : physique-chimie, les énergies.

5.2.2. Stockeurs d'énergie :

• Stockage mécanique. Stockage chimique. Stockage électrostatique. Stockage thermique (EE : 3). Commentaire : se limiter à l'étude du bilan énergétique externe des systèmes de stockage durant les principales phases de fonctionnement en distinguant charge et décharge. Caractéristiques principales : énergie massique ; puissance massique ; capacité énergétique maximale ; puissance maximale ; constante de temps ; état de charge ; rendement. Les performances de stockage sont comparées pour mettre en évidence leur différenciation et leur complémentarité en matière de compromis énergie/puissance (diagramme de Ragone). Exemples pouvant être traités : volant d'inertie, barrage hydraulique, piles et accumulateurs, combustibles, carburants, comburants, condensateur et super condensateur, module eutectique, mur trombe, etc. Lien sciences : physique-chimie, les énergies.

5.2.3. Transmetteurs des mouvements :

• Organes mécaniques de transmission et d'adaptation de puissance : réducteurs ; transmission par lien flexible ; accouplements (ITEC : 3). Lien sciences : physique-chimie, énergie mécanique.
• Organes mécaniques de transformation de mouvement (ITEC : 3).
• Guidage en translation et en rotation (ITEC : 3).
• Liaison complète démontable et non démontable (ITEC : 3).
• Étanchéité (ITEC : 3). Commentaire : se limiter aux principales caractéristiques et performances, notamment environnementales et énergétiques, des technologies présentées. Protection contre les poussières. Étanchéité aux fluides.

5.3. Constituants de l'information

5.3.1. Capteurs, conditionneurs :

• Capteurs analogiques. Capteurs numériques, détecteurs (EE : 3 ; SIN : 3). Commentaire : se limiter à caractériser les capteurs par leurs relations d'entrée/sortie.
• Amplificateurs (SIN : 2). Commentaire : privilégier l'utilisation de circuits spécialisés dont le gain est réglable. Ne pas étudier les montages à Amplificateurs Linéaires Intégrés.
• Filtres passe-bas (SIN : 2). Commentaire : se limiter aux filtres passe-bas du premier ordre. Lien sciences : mathématiques, nombres complexes.
• Convertisseurs analogique-numérique (EE : 2 ; SIN : 2). Commentaire : privilégier l'utilisation de circuits spécialisés sans étudier leur structure interne.

5.3.2. Constituants d'IHM :

• Constituants sonores, visuels, tactiles (SIN : 3). Commentaire : afficheur, clavier, écran, etc.
• Interfaces hybrides (SIN : 2). Commentaire : interfaces visuelles, tactiles. Interfaces haptiques.

5.3.3. Composants programmables :

• Cartes électroniques à microcontrôleur (EE : 2 ; SIN : 3). Commentaire : privilégier les cartes électroniques programmables à partir d'un environnement de développement intégré, disposant d'entrées/sorties.
• Nano ordinateurs (EE : 2 ; SIN : 3). Commentaire : utiliser des cartes électroniques dotées d'un système d'exploitation et permettant la connexion de périphériques (écran, clavier, caméra, etc.).
• Objets connectés (EE : 2 ; SIN : 3). Commentaire : internet des objets. Utilisations de modules programmables permettant de connecter un produit à internet et le rendre communiquant à distance.

5.3.4. Composants de transmission de l'information :

• Constituants d'un réseau (SIN : 3). Commentaire : se limiter à l'usage de commutateurs, routeurs et tout type de serveur.
• Caractéristiques des bus de communication (EE : 2 ; SIN : 3). Commentaire : aborder les différentes natures de bus (bus de terrain, bus de périphériques) et leurs caractéristiques (longueur de bus, débit, fiabilité, etc.). Privilégier les bus KNX, EnOcean, CAN, I2C voire SPI, etc.
• Composants émetteurs et récepteurs pour la transmission sans fil (EE : 2 ; SIN : 3). Commentaire : privilégier l'usage de modules intégrés. Se limiter aux technologies WiFi, Bluetooth, RF, etc.

6. Prototypage et expérimentations

6.1. Moyens de prototypage rapide

• Prototypage de pièces et de la chaîne d'information (commun : 3). Commentaire : les activités pratiques de prototypage rapide relèvent des activités classiques d'un fablab. La chaîne numérique est complète et continue.
• Coulage de pièces prototypées en résine et/ou en alliage métallique (ITEC : 3). Commentaire : prototypage de pièces de petites dimensions en « bonne matière », alliages d'aluminium ou cuivreux.
• Virtualisation de solutions logicielles (SIN : 2). Commentaire : privilégier les logiciels permettant l'exécution de machines virtuelles (VM pour « Virtual Machines »).

6.2. Expérimentations et essais

• Expérimentation de procédés (ITEC : 3). Commentaire : enseignement excluant l'utilisation de moyens de production de type professionnel. La formation à l'optimisation des processus et des paramètres de réglage est exclue. Les procédés sont abordés par le biais d'expérimentations sur des systèmes didactiques simples, puis par des activités de simulation numérique, des visites d'ateliers et/ou d'entreprises locales et d'analyses de bases de connaissances numériques. Les activités expérimentales proposées s'intéressent aux principes physiques et chimiques employés, aux contraintes techniques associées. Lien sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux.
• Expérimentation sur les matériaux et sur les structures (AC : 3 ; ITEC : 3). Commentaire : les expérimentations seront réalisées sur des éprouvettes (traction, compression, flexion simple), afin de valider une forme, une répartition de matière ou une caractéristique d'un matériau (y compris composite) ; des maquettes de solutions techniques à échelle réduite, réelle ou in situ pour déterminer l'influence d'un paramètre par comparaison ou valider la solution. Lien sciences : physique-chimie, organisation de la matière, propriétés des matériaux.
• Expérimentations de constituants de la chaîne de puissance (EE : 3). Commentaire : l'expérimentation porte sur la mise en œuvre de constituants standard du commerce pour en vérifier les caractéristiques externes.
• Expérimentations de constituants de la chaîne d'information (SIN : 3). Commentaire : l'expérimentation porte sur la mise en œuvre de constituants standard du commerce pour en vérifier les fonctionnalités.

6.3. Vérification, validation et qualification du prototype d'un produit

• Intégration des éléments prototypés du produit (commun : 3). Commentaire : vérifier la conformité aux spécifications fonctionnelles nécessaires à l'intégration des éléments prototypés en un produit avant assemblage.
• Mesure et validation de performances (commun : 3). Commentaire : ces activités s'effectuent dans le cadre des projets, sur des dispositifs expérimentaux et instrumentés liés aux supports étudiés. Elles permettent de faire apparaître les écarts entre les résultats de simulation et le comportement réel d'un produit. Liens sciences : physique-chimie, mesures et incertitudes ; mathématiques, statistiques et probabilités.