Programmes de la série STI2D : innovation technologique (première)

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 « innovation technologique » proposé en classe de première

Dans cet enseignement fondé sur la créativité, l'approche design et innovation permet d'identifier et d'approfondir des possibilités de réponse à un besoin, sans préjuger d'une solution unique. Il s'agit de développer l'esprit critique et de travailler en groupe, de manière collaborative, à l'émergence et la sélection d'idées.

Les élèves doivent être capables d'identifier un besoin, de le re-questionner pour mieux y répondre dans un contexte particulier. En s'interrogeant sur les conditions de production des produits, ils mesurent le bien-fondé de leur usage et s'assurent d'une meilleure adaptation à leur environnement. Le designer et l'ingénieur, ou l'architecte et l'ingénieur assument ainsi un comportement civique : ils prennent en compte la qualité du service rendu et de l'usage, l'impact environnemental, les coûts énergétiques de transformation et de transport, la durée de vie des produits et leur recyclage.

L'approche partagée des dimensions design et technologique permet de prendre en compte les dimensions sensibles et matérielles des produits fabriqués en élargissant les points de vue des élèves. Elle les amène à réfléchir autant au « pourquoi » qu'au « comment » de la conception et de la réalisation d'un produit.

Objectifs et compétences de l'enseignement « innovation technologique »

Sept objectifs structurent les enseignements technologiques, tous reliés à une dimension de la technologie. Chaque objectif est décliné en compétences. Pour chaque compétence ci-dessous, la marque indique le degré de mobilisation dans l'enseignement « innovation technologique » de première : X = compétence partiellement mobilisée ; XX = compétence totalement mobilisée et évaluée en priorité. Seules les compétences mobilisées en « innovation technologique » sont reproduites ici.

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 (X).
• CO1.2. Justifier le choix d'une solution selon des contraintes d'ergonomie et de design (X).

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 (XX).
• CO2.2. Évaluer la compétitivité d'un produit d'un point de vue technique et économique (XX).

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

• CO3.3. Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d'un produit ou d'un processus (X).
• CO3.4. Identifier et caractériser des solutions techniques (X).

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 (XX).
• CO4.2. Décrire le fonctionnement et/ou l'exploitation d'un produit en utilisant l'outil de description le plus pertinent (X).
• CO4.3. Présenter de manière argumentée des démarches, des résultats, y compris dans une langue étrangère (X).

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

• CO5.1. S'impliquer dans une démarche de projet menée en groupe (XX).
• CO5.2. Identifier et justifier un problème technique à partir de l'analyse globale d'un produit (approche matière - énergie - information) (XX).
• CO5.3. Mettre en évidence les constituants d'un produit à partir des diagrammes pertinents (X).
• CO5.4. Planifier un projet (diagramme de Gantt, chemin critique) en utilisant les outils adaptés et en prenant en compte les données technico-économiques (XX).
• CO5.5. Proposer des solutions à un problème technique identifié en participant à des démarches de créativité, choisir et justifier la solution retenue (XX).
• CO5.6. Participer à une étude de design d'un produit dans une démarche de développement durable (XX).
• CO5.7. Définir la structure matérielle, la constitution d'un produit en fonction des caractéristiques technico-économiques et environnementales attendues (XX).

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

• 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 (X).
• CO6.4. Choisir pour une fonction donnée, un modèle de comportement à partir d'observations ou de mesures faites sur le produit (X).

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 (XX).
• 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 (X).

Connaissances associées de l'enseignement « innovation technologique »

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 la colonne « innovation technologique » (IT) de première sont reproduits ci-dessous, avec leur niveau. 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 (niveau 2). 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) (niveau 2). 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.
• Phases d'un projet industriel (marketing, pré conception, pré industrialisation et conception détaillée, industrialisation, maintenance et fin de vie). Gestion, suivi et finalisation d'un projet (coût, budget, bilan d'expérience) (niveau 2). Commentaire : ces connaissances sont à aborder lors d'une étude de cas pour des produits relevant du domaine de la mécatronique, puis du domaine de la construction.
• Contexte réglementaire des projets (niveau 2). 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 (niveau 2). 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.

1.1.3. Approche design et architecturale des produits :

• Évolution historique et culturelle des formes. Relations entre objet fonctionnel et art contemporain lié à une époque (niveau 1).
• Le contexte : enjeux culturels, écologiques, économiques, technologiques. Inscription et statut de la production dans le temps. Relations et interactions avec d'autres productions : environnement naturel et sociétal, segments commerciaux et cibles de vente, supports et espaces de diffusion (niveau 2). Commentaire : enseignement s'appuyant sur des études de produits amenant à découvrir et modifier la relation fonction - solution technique - formes et ergonomie. Elles sont organisées autour de la découverte et de l'exploration des démarches propres à la conception en design. Le choix des produits, actuels ou appartenant au passé, permet l'observation des choix esthétiques, techniques et économiques. Ces études doivent permettre de conforter l'approche design en projet.
• La fonction services rendus, relations à l'usager, aux modes de vie. Les expériences utilisateurs. Besoins et usages, fonctions utilitaires et/ou symboliques en relation avec les formes. Design d'interaction et ergonomie (niveau 2).
• Typologie des constructions, techniques, périodes et styles des projets. Identification des différents types de constructions (niveau 2). Commentaire : relations entre des propositions architecturales ou techniques et le contexte historique, environnemental ou socio-culturel des projets d'habitats ou de génie civil.

1.2. Outils de l'ingénierie système

1.2.1. Concepts de systèmes :

• Typologie des systèmes (système à faire, système pour faire, sur et sous-systèmes) (niveau 1). Commentaire : la notion de système est présentée comme une typologie de produits technologiques.
• Approche système (environnement, frontières, système d'intérêt, points de vue) (niveau 2). Commentaire : le langage SysML est uniquement réservé à la description d'un système technique.

1.2.2. Ingénierie système :

• Approche processus (typologie) (niveau 1). Commentaire : l'approche se limite à la définition d'un processus (désigné parfois sous le procédé mnémonique de CPRET pour contraintes, produits, ressource, entrées, transformation), et aux différentes typologies de processus liées à l'ingénierie système, sachant que seuls les processus techniques sont étudiés.
• Approche temporelle, cycle en V (niveau 2). Commentaire : les trois processus techniques issus de la norme ISO 15288 (analyse du besoin, spécifications techniques, conception) sont abordés dans leur vision temporelle afin d'appréhender la notion de non séquentialité d'une démarche de conception. Le cycle en V fait explicitement apparaître les trois processus techniques, l'IVV étant garantie (conforme) respectivement aux exigences établies tout au long des processus, du cahier des charges aux exigences allouées en passant par les spécifications techniques.
• Analyse du besoin : besoin initial, mission principale, contexte, cas d'utilisations, scénarios d'utilisation, besoins des parties prenantes (niveau 2). 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 (niveau 2). 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 (niveau 2). 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.

1.3. Compétitivité des produits

1.3.1. Paramètres de la compétitivité :

• Principe des labels de performance (niveau 2). Commentaire : définition des labels de performance et impact sur les produits. Exemples : Bâtiment Passif ; HQE, E+C-, etc.
• Importance du service rendu (besoin réel et besoin induit) (niveau 2).
• Innovation (de produit, de procédé, de marketing, de rupture) (niveau 2).
• Recherche de solutions techniques (brevets) et créativité, stratégie de propriété industrielle (protection du nom, du design et de l'aspect technique), enjeux de la normalisation (niveau 2). Commentaire : la protection des innovations peut être abordée au travers de la propriété industrielle sous les angles suivants : les bases de données de brevets pour repérer les solutions techniques existantes afin de ne pas recréer ce qui existe déjà et retracer les évolutions techniques d'un produit ; la protection de la création par le brevet d'invention pour protéger les aspects techniques, le dessin et modèle pour protéger le design et la marque pour protéger le nom du produit innovant.
• Ergonomie : notion de confort, d'efficacité, de sécurité dans les relations Homme - produit, Homme - système (niveau 2).

1.3.2. Compromis complexité-efficacité-coût :

• Relation Fonction/Coût/Besoin. Relation Fonction/Coût/Réalisation. Relation Fonction/Impact environnemental (niveau 2). Commentaire : l'approche des compromis se fait par comparaison (analyses relatives) de solutions en disposant de bases de données de coût.

1.4. Créativité et innovation technologique

• Méthodes de créativité rationnelles et non rationnelles (niveau 2). Commentaire : lois d'évolutions et principes d'innovation, contradictions, relations entre solutions techniques et principes scientifiques/technologiques associés, brainstorming.
• Intégration des fonctions et optimisation du fonctionnement : approche pluri technologique et transfert de technologie (niveau 2). Commentaire : étude de cas à partir de produits dont certains composants intègrent plusieurs fonctions.

1.5. Approche environnementale

1.5.1. Cycle de vie :

• Cycle de vie d'un produit (niveau 2). Commentaire : les différentes phases du cycle de vie d'un système sont définies, en mettant un focus particulier sur le cycle de développement du produit.

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 (niveau 2). Commentaire : en IT, se limiter à modifier/compléter un assemblage à partir d'un composant fourni. 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 (niveau 2). 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.

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 (niveau 2). 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 (niveau 2). 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. 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 (niveau 2). Commentaire : en articulation avec le chapitre « solutions constructives ». En classe de première, la matrice de comparaison est fournie pour tout ou partie.
• Choix de solutions logicielles, d'une unité de traitement et des interfaces (niveau 2). 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.

5. Solutions constructives

5.1. Constituants des ossatures et enveloppes

5.1.1. Enveloppe des produits :

• Façades mur-rideau, enveloppes construction bois, acier, béton (niveau 2). 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.

5.2. Constituants de puissance

5.2.1. Convertisseurs, adaptateurs et modulateurs de puissance :

• Convertisseurs. Modulateurs de puissance. Adaptateurs de puissance (niveau 2). 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.

5.2.3. Transmetteurs des mouvements :

• Organes mécaniques de transmission et d'adaptation de puissance : réducteurs ; transmission par lien flexible ; accouplements (niveau 2). Commentaire : se limiter aux principales caractéristiques et performances, notamment environnementales et énergétiques, des technologies présentées. Lien sciences : physique-chimie, énergie mécanique.

5.3. Constituants de l'information

5.3.1. Capteurs, conditionneurs :

• Capteurs analogiques. Capteurs numériques, détecteurs (niveau 2). Commentaire : se limiter à caractériser les capteurs par leurs relations d'entrée/sortie.

5.3.2. Constituants d'IHM :

• Constituants sonores, visuels, tactiles (niveau 2). Commentaire : afficheur, clavier, écran, etc.

6. Prototypage et expérimentations

6.1. Moyens de prototypage rapide

• Prototypage de pièces et de la chaîne d'information (niveau 2). Commentaire : les activités pratiques de prototypage rapide relèvent des activités classiques d'un fablab. La chaîne numérique est complète et continue.

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

• Intégration des éléments prototypés du produit (niveau 2). Commentaire : vérifier la conformité aux spécifications fonctionnelles nécessaires à l'intégration des éléments prototypés en un produit avant assemblage.
• Mesure et validation de performances (niveau 2). 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.