Le Niveau 5° constitue la première année du Cycle 4 (Cinquième, Quatrième et Trosième).
Le programme définit des contenus alloués à la Technologie.
Le thème n'est pas imposé.
Mon choix est de construire les enseignements autour du thème éprouvé des objets techniques de la construction et en particulier de la charpente.

Différents matériels, des maquettes, des machines et des outils informatiques sont disponibles en classe.

Maquettes et matériels didactiques :
   - Cinq maquettes structurelles de maison avec cloisons et solives.
   - Cinq bancs d'essai de flexion avec sept échantillon de profilés différents.
   - Six ensembles de quinze pièces Lego (poutres et douilles d'assemblage).
   - Cinq maquettes de charpente traditionnelle (à l'identique).
   - Des montages d'usinage et d'assemblage (pour la maquette de charpente).

Des machines de production :
   - Une cisaille guillotine.
   - Une scie circulaire autoguidée.
   - Une thermoplieuse.
   - Une perçeuse à colonne.
   - Une fraiseuse à Commande Numérique.
   - Un tour à Commande Numérique.
   - Deux imprimantes 3D.
   - Dix fers à souder.

Des matériels et logiciels informatiques :
   - Quatorze ordinateurs et les logiciels requis.
   - Une vingtaine de tablettes numériques.
   - Un point d'accès Wi-Fi sécurisé, uniquement dédié aux
      matériels informatiques du collège.
   - Un point d'accès Wi-Fi fermé sur un espace de stockage
      mutualisé (Piratebox).

       

Durée prévisionnelle : 36 semaines / 1h30 par semaine / 54 heures sur l'année scolaire.
Organisation horaire : 2 heures une semaine / 1 heure la semaine suivante.
L'organisation, les documents et les ressources peuvent être modifiés selon les contraintes de calendrier, de disponibilité des matériels et l'évolution des consignes reçues.
       

Le programme du cycle 4, en 4 thèmes

Thème 1 : Design, innovation et créativité
Attendus de fin de cycle
Compétences associées
Connaissances

Imaginer des solutions en réponse aux besoins, matérialiser une idée en intégrant une dimension design.

- Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet technique existant ou à créer.

- Imaginer, synthétiser et formaliser une procédure, un protocole.

- Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.

- Imaginer des solutions pour produire des objets et des éléments de programmes informatiques en réponse au besoin.





- Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.

- Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.




-  Besoin, contraintes, normalisation.
-  Principaux éléments d'un cahier des charges.




-  Outils numériques de présentation.
-  Charte graphique.

-  Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.


-  Design.
-  Innovation et créativité.
-  Veille.
-  Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
-  Réalité augmentée.
-  Objets connectés.

-  Arborescence.


-  Outils numériques de présentation.
-  Charte graphique.

Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet communicant.

-Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.




-  Prototypage rapide de structures et de circuits de commande à partir de cartes standard.

Repères de progressivité
S'agissant des activités de projet, la conception doit être introduite dès la classe de 5e, mais de façon progressive et modeste sur des projets simples. Des projets complets (conception, réalisation, validation) sont attendus en classe de 3e. Les projets à caractère pluri-technologique seront principalement conduits en 3e.


Thème 2 : Les objets techniques, les services et les changements induits dans la société

Attendus de fin de cycle
Compétences associées
Connaissances

Comparer et commenter les évolutions des objets et systèmes.

- Regrouper des objets en familles et lignées.







- Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques.
- Comparer et commenter les évolutions des objets en articulant différents points de vue : fonctionnel, structurel, environnemental, technique, scientifique, social, historique, économique.
- Élaborer un document qui synthétise ces comparaisons et ces commentaires.




-  L'évolution des objets.
-  Impacts sociétaux et environnementaux dus aux objets.
-  Cycle de vie.
-  Les règles d'un usage raisonné des objets communicants respectant la propriété intellectuelle et l'intégrité d'autrui.

-  Outils numériques de présentation.
-  Charte graphique.

 

Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés.

- Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux.


- Lire, utiliser et produire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de dessins ou de schémas.



-  Croquis à main levée.
-  Différents schémas.
-  Carte heuristique.
-  Notion d'algorithme.

- Outils numériques de description des objets techniques.

Repères de progressivité
Cette thématique a vocation à conduire les élèves à comparer et analyser les objets et systèmes techniques. Considérant que la technologie n'est pas extérieure à la société, il s'agit de nouer des liens avec le monde social. C'est à l'occasion de croisements disciplinaires et en traitant de questions d'actualité que cette thématique devient « matière » à relier et à contextualiser. La notion de respect des usages des objets communicants inclut le respect de la propriété intellectuelle dans le cadre de productions originales et personnelles. Elle interroge les élèves sur le respect dû à chaque individu dans et en dehors de la classe.


Thème 3 : La modélisation et la simulation des objets et systèmes techniques

Attendus de fin de cycle
Compétences associées
Connaissances

Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet.

- Respecter une procédure de travail garantissant un résultat en respectant les règles de sécurité et d'utilisation des outils mis à disposition.

- Associer des solutions techniques à des fonctions.

- Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, identifier les entrées et sorties.



- Identifier le(s) matériau(x), les flux d'énergie et d'information sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.



- Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, le fonctionnement, la structure et le comportement des objets.

- Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.




- Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.



-  Procédures, protocoles.
-  Ergonomie.


-  Analyse fonctionnelle systémique.

-  Représentation fonctionnelle des systèmes.
-  Structure des systèmes.
-  Chaîne d'énergie.
-  Chaîne d'information.

-  Familles de matériaux avec leurs principales caractéristiques.
-  Sources d'énergies.
-  Chaîne d'énergie.
-  Chaîne d'information.

-  Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.

-  Instruments de mesure usuels.
-  Principe de fonctionnement d'un capteur, d'un codeur, d'un détecteur.
-  Nature du signal : analogique ou numérique.
-  Nature d'une information : logique ou analogique.

-  Notions d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de l'expérimentation.

Utiliser une modélisation et simuler le comportement d'un objet.

- Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver.

- Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet. Interpréter le comportement de l'objet technique et le communiquer en argumentant.




- Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.

- Notions d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de la simulation.

Repères de progressivité
Un modèle numérique est une représentation virtuelle d'un objet technique, réalisée en vue de valider des éléments de solutions préalablement imaginés ou d'en étudier certains aspects. Il ne s'agit pas « d'apprendre des modèles » mais d'apprendre à utiliser des modèles, voire à créer un modèle géométrique.
Dans un premier temps, les activités de modélisation seront conduites sur des objets techniques connus des élèves. On privilégiera tout d'abord les modèles à valeur explicative puis les modèles pour construire.
En fin de cycle, l'accent sera mis sur les hypothèses retenues pour utiliser une modélisation de comportement fournie et sur la nécessité de prendre en compte ces hypothèses pour interpréter les résultats de la simulation. Il sera pertinent de montrer l'influence d'un ou deux paramètres sur les résultats obtenus afin d'initier une réflexion sur la validité des résultats.


Thème 4 : L'informatique et la programmation
Attendus de fin de cycle
Compétences associées
Connaissances

Comprendre le fonctionnement d'un réseau informatique.

- Composants d'un réseau, architecture d'un réseau local, moyens de connexion d'un moyen informatique.
- Notion de protocole, d'organisation de protocoles en couche, d'algorithme de routage,
- Internet.

Écrire, mettre au point et exécuter un programme.

- Analyser le comportement attendu d'un système réel et décomposer le problème posé en sous-problèmes afin de structurer un programme de commande.
- Écrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
- Écrire un programme dans lequel des actions sont déclenchées par des événements extérieurs.



- Notions d'algorithme et de programme.
- Notion de variable informatique.
- Déclenchement d'une action par un événement, séquences d'instructions, boucles, instructions conditionnelles.
- Systèmes embarqués.
- Forme et transmission du signal.
- Capteur, actionneur, interface.

Repères de progressivité
En 5e : traitement, mise au point et exécution de programme simple avec un nombre limité de variables d'entrée et de sortie, développement de programmes avec des boucles itératives.
En 4e : traitement, mise au point et exécution de programme avec introduction de plusieurs variables d'entrée et de sortie.
En 3e : introduction du comptage et de plusieurs boucles conditionnels imbriqués, décomposition en plusieurs sous-problèmes.


    

"Compétences Travaillées" et "Compétences Supplémentaires" - Cycle 4

Rep. Socle Items
CT1   Pratiquer des démarches scientifiques et technologiques.
CT1.1 4 Imaginer, synthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT1.2 Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT1.3 Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer en argumentant.
CT1.4 Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT2   Concevoir, créer, réaliser.
CT2.1 4 Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes.
CT2.2 Identifier le(s) matériau(x), les flux d'énergie et d'information dans le cadre d'une production technique sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
CT2.3 S'approprier un cahier des charges.
CT2.4 Associer des solutions techniques à des fonctions.
CT2.5 Imaginer des solutions en réponse au besoin.
CT2.6 Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT2.7 Imaginer, concevoir et programmer des applications informatiques nomades.
CT3   S'approprier des outils et des méthodes.
CT3.1 2 Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
CT3.2 Traduire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
CT3.3 Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
CT4   Pratiquer des langages.
CT4.1 1 Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets.
CT4.2 Appliquer les principes élémentaires de l'algorithmique et du codage à la résolution d'un problème simple.
CT5   Mobiliser des outils numériques.
CT5.1 2 Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT5.2 Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
CT5.3 Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
CT5.4 Piloter un système connecté localement ou à distance.
CT5.5 Modifier ou paramétrer le fonctionnement d'un objet communicant.
CT6   Adopter un comportement éthique et responsable.
CT6.1 3-5 Développer les bonnes pratiques de l'usage des objets communicants.
CT6.2 Analyser l'impact environnemental d'un objet et de ses constituants.
CT6.3 Analyser le cycle de vie d'un objet.
CT7   Se situer dans l'espace et dans le temps.
CT7.1 5 Regrouper des objets en familles et lignées.
CT7.2 Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques.
CS1   La modélisation et la simulation des objets et systèmes techniques.
CS1.5   Respecter une procédure de travail garantissant un résultat en respectant les règles de sécurité et d’utilisation des outils mis à disposition.
CS1.6   Analyser le fonctionnement et la structure d’un objet, identifier les entrées et sorties.
CS1.7   Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
CS1.8   Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver.
CS5   L'informatique et la programmation.
CS5.6   Comprendre le fonctionnement d’un réseau informatique.
CS5.7   Analyser le comportement attendu d’un système réel et décomposer le problème posé en sous-problèmes afin de structurer un programme de commande.

   

Socle Commun de Connaissances, de compétences et de Culture

Résumé du Socle Commun de Connaissances, de Compétences et de Culture pour le cycle 4.


       

Tableau de traçabilité de la progression
Document présenté à titre indicatif, adapté ou modifié selon le calendrier et les circonstances


Séance n°01 : Prise de contact.

Séquence 01 : Evolution de l'objet technique Habitation.
Compétences travaillées :
CT 6.2 - Analyser l'impact environnemental d'un objet et de ses constituants.
CT 6.3 - Analyse du cycle de vie.
CT 7.1 - Regrouper des objets en familles et lignées.
CT 7.2 - Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques.
Compétences associées :
Regrouper des objets en familles et lignées.
Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les évolutions techniques.
Comparer et commenter les évolutions des objets en articulant différents points de vue : fonctionnel, structurel, environnemental, technique, scientifique, social, historique, économique.
Élaborer un document qui synthétise ces comparaisons et ces commentaires.
Connaissances :
L'évolution des objets.
Impacts sociétaux et environnementaux dus aux objets.
Cycle de vie.

Séance 01 : L'habitat – Petit historique - Frise chronologique.
Recherche documentaire : Période de l'histoire, siècles, années, photographies et infographies, représentant l'évolution de l'habitat de l'homme, intégrant de nouvelles fonctions et contraintes.
Début de la construction de la frise chronologique selon des consignes.
Eventuellement, fin du travail à la maison.

Séance 02 : L'habitat – Petit historique - Analyse de la frise.
Ramassage de la frise chronologique pour évaluation.
Analyse de la frise :
. Regroupement en familles ou lignées de solutions techniques.
. Impacts sociétaux (évolution des modes de vie : performance d’isolation, confort, …).
. Impacts environnementaux (déforestation, extraction de minerais, destruction d’écosystèmes, dépense d’énergie pour fabriquer des matériaux modernes, …).

Séance 03 : Habitat et cycle de vie.
Interrogation linguistique : Vie linéaire de l'homme ou cyclique ?
Comparaison entre le cycle de vie d’une voiture et le cycle de vie d’une habitation (conception, extraction des matières premières, fabrication, utilisation, destruction, recyclage, valorisation, impact environnemental, ...).
Notion d'éco-conception.

Séance 04 : Evolution parallèle des besoins et des objets techniques.
Analyse, débat et argumentation. Comparaison de la frise de l'évolution de l'habitat avec la frise de l’évolution de l’automobile réalisée en 6°.
. Evolution des fonctions principales ; fonctions d'usage (se protéger des conditions atmosphériques – se déplacer).
. Evolution et/ou apparition de fonctions secondaires, de service (performance, confort, esthétique, ...).
. Evolution de l'impact environnemental.
. Evolution structurelle de ces objets (formes, matériaux, normes, ...).
. Evolution de la complexité des objets techniques (des paramètres et des techniques doivent cohabiter, les fonctions à assurer, les normes à respecter sont de plus en plus nombreuses, …).
. Evolution des techniques et évolution des connaissances scientifiques (physique, chimie, électronique, informatique, …).
. Evolution des coûts des objets techniques (fabrication, performances diverses, fonctionnement, entretien, ...).
. Relation entre l'évolution des objets techniques et l'aspect social de populations variées (pouvoir d'achat, aujourd'hui et depuis presque toujours ...).
. Influence de l'histoire sur l'évolution des objets techniques.
. Influence de la macro-économie sur l'évolution des objets techniques.
. Mise en évidence de l'évolution parallèle des deux objets techniques étudiés.

Séance 05 : Synthèse.
Synthèse orale : reprise des éléments de recherche et d’analyse des séances précédentes.
Prise de notes libre ; les éléments clé sont énumérés et construits au tableau.
Il est indiqué à l'avance que les élèves auront à réaliser un diaporama qui synthétise la séquence "Evolution de l'objet technique habitatation" (les grandes évolutions, la relation avec l’évolution de la société, les enjeux environnementaux).
Ils peuvent commencer à préparer à la maison sur le logiciel LibreOffice Impress.

Séance 06 : Réalisation du diaporama de synthèse "Evolution de l'objet technique habitation" - (1/2).
Travail en binôme sur le logiciel Impress (outil numérique de présentation) avec charte graphique donnée.
Une présentation orale devra soutenir le diaporama.
Réflexion sur les contenus (storyboard).
Début de la réalisation informatique.

Séance 07 : Réalisation du diaporama de synthèse "Evolution de l'objet technique habitation" - (2/2).
Réalisation du diaporama de synthèse "Evolution de l'objet technique habitatation".
Au libre choix des élèves : diapositives, organisation, transitions, animations, …, musique ?, voix ?.

Séance 08 : Présentation du diaporama de synthèse "Evolution de l'objet technique habitatation".
Présentation du diaporama. Travail évalué.


Séquence 02 : La famille s’agrandit, il faut aménager les combles - A chacun sa charge.
Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, synthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, [...].
CT 2.3 - S'approprier un cahier des charges.
CT 4.1 - Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet technique existant ou à créer.
Décrire, en utilisant les outils et langages de description adaptés, le fonctionnement de la structure et le comportement des objets.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.

Séance 01 : Analyse du besoin et cahier des charges simplifié.
Présentation du problème et des contraintes.
Identification du besoin.
Recherche documentaire sur le vocabulaire d’une charpente traditionnelle.
Enonciation du problème avec le bon vocabulaire technique.
Rédaction d’un mini cahier des charges : Besoin, fonction principale (bête à corne), graphe des interactions (pieuvre), fonctions contraintes, détermination des critères et de leur flexibilité.

Séance 02 : Un plancher dans les combles perdus.
Le plancher des combles perdus ne supporte au pire qu'une couche d'isolant thermique, légère.
A l'aide la maquette de maison, observation de l'effet d'une masse (connue) posée un sol prenant appui sur les murs.
Principe de répartition des masses : un profilé qui casse sous un poids, trois mêmes profilés qui ne cassent pas.
Mise en évidence du principe à l'aide de quatre pèse-personnes (retrouvé par les élèves).
Observation de cas concrets d'éffondrement de toitures en terrasses et formulation d'hypothèses.
Recherche de solutions simples pour éviter de tels effondrements.

Séance 03 : Une toiture soumise à des contraintes.
Le document de travail est sous forme numérique, à ouvrir au préalable.
A partir d'une modélisation simplifiée d'une ferme traditionnelle, les élèves simulent la déformation sous une contrainte verticale donnée. Une vidéo d'application du module SimulationXpress sert de ressource didactique (dans laquelle une ferme nue, sans poinçon ni contrefiche, est mise sous contrainte).
Une fois la simulation réalisée, les élèves insèrent une copie d'écran dans leur document de travail et rédigent leur observation du phénomène et en déduisent le rôle structurel des contrefiches.
Le document finalisé est envoyé au professeur (ou enregistré dans le lecteur Perso).

Séance 04 : La répartition des masses - Synthèse.
Principe illustré de la répartition d'une charge subie par une structure.
Application à la structure du plancher d'un étage de maison.
Application à la structure d'une ferme traditionnelle.
Bonus temps : Le principe de base de la modélisation sur SolidWorks.
Vidéo-projection et/ou mise en oeuvre sur le logiciel (esquisse d'un triangle, extrusion, puis nouvelle esquisse et enlèvement de matière) .

Séance 05 : La répartition des masses - Evaluation.
Evaluation en deux parties avec permutation.
. Principe théorique du principe de répartition des masses.
A partir d'un schéma de plancher monté sur solives et lambourdes, calcul de la charge supportée par la structure, par chaque solive et chaque point d'appui d'une lambourde.
. A partir d'une modélisation donnée, les élèves simulent le comportement et les déformations grâce à l'outil SimulationXpress de SolidWorks. La valeur du déplacement maximum est relevée.


Séquence 03 : Comment rigidifier une structure ?
Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, synthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse au besoin.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).

CT 4.1 - Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet technique existant ou à créer.
Décrire, en utilisant les outils et langages de description adaptés, le fonctionnement de la structure et le comportement des objets.
Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.
Instruments de mesure usuels.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de l'expérimentation.

Séance 01 : Des formes indéformables.
Correction de l'évaluation de la séance précédente.
. Sur la maquette de maison, on installe des solives rectangulaires. Elles fléchissent.
Comment limiter ce phénomène avec ces mêmes solives ? Hypothèse des élèves (chant).
. Les élèves disposent de pièces de Lego pour construire un carré dont les angles forment une liaison pivot.
Mise en charge du carré et observation. Comment éviter que le carré devienne losange ? Hypothèse des élèves (triangle).
. Recherche exhaustive de solutions pour rendre le carré en Lego, indéformable.
Représentation de chaque solution et justification finale.

Séances 02 et 03 : Profilés, sections et flexion / Triangulation et stabilité d'une structure. (demi-classe avec permutation)
. Les élèves disposent d'un banc d'essais de flexion et de profilés de matières et sections différentes.
Expérimentation de mise en charge des profilés et relevés métriques des déformations.
Mise en charge selon différents positionnements.
Analyse des relevés et explications argumentées.
. Les élèves soumettent à l'effort plusieurs modélisations de principe d'une structure en forme de maison (SolidWorks).
Chaque modèle possède davantage de triangles judicieusement positionnés.
Mise en évidence des contraintes subies par chaque structure et relevé des déplacements calculés par le logiciel.
A l'issue, observation des relevés et justification de l'intérêt du principe de triangulation.
Selon les classes et l'organisation, il peut être envisagé de prolonger les investigations d'une séance supplémentaire.

Séance 04 : La stabilité d'une structure - Synthèse.
Synthèse construite avec les élèves, à partir de vignettes illustrant les investigations.
. Influence du matériau.
. Influence de la section et de son positionnement.
. Enoncé précis du principe de triangulation.
Observation d'autres objets techniques mettant en oeuvre ces principes techniques (étendoir à linge, pylône électrique ou de téléski et ... bien entendu, une charpente complète).

Séance 05 : Charpente et principes de stabilité d'une structure - Evaluation.
Evaluation en deux parties avec permutation.
. Mise en évidence des principes techniques travaillés sur une modélisation de charpente complète.
. Simulation d'une mise en charge d'une ferme différente (ferme à entrait porteur sans contrefiches verticales).
Représentation de la déformation de la ferme et relevé du déplacement maximum.


Séquence 04 : Planning du projet "Aménager les combles".
Compétences travaillées :
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
Compétences associées :
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) [...].
Connaissances :
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, [...].

Séance 01 : Organisation du projet, rôles et planification.
Enumération des étapes du projet et des délais prévisionnels.
Constitution des équipes (4 élèves).
Détermination des rôles de chaque membre de l'équipe.
Présentation du logiciel GanttProject (vidéo-projection et remise d’une fiche regroupant les principales fonctions et commandes du logiciel).
Mis en oeuvre via une organisation fictive.

Séance 02 : Formalisation de l'organisation du projet.
Réalisation du diagramme de Gantt pour chaque équipe.
Enregistrement du fichier terminé, impression(s) écran du diagramme et envoi par mail au professeur.
Selon les classes et l'organisation, il peut être envisagé de prolonger les investigations d'une séance supplémentaire.


Séquence 05 : Conception d’une ferme aménageable.
Compétences travaillées :
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse à un besoin.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
Décrire, en utilisant les langages de descriptions adaptés, le fonctionnement, la structure et le comportement des objets.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver.
Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
Connaissances :
Innovation et créativité.
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Outils de description d'un fonctionnement d'une structure et d'un comportement.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de la simulation.

Séance 01 : Recherche de solution(s).
Brainstorming et conformité dune solution selon le cahier des charges (croquis, schéma, …).
Validation de la solution retenue par le professeur
Définition (cotation) de la solution retenue et validée.

Séance 02 : Définition de la solution technique retenue.
Modélisation de la solution retenue de ferme aménageable, sur SolidWorks, à partir de sa forme extérieure (ferme traditionnelle).
Réalisation d'image "photo-réalistes" à l'aide du complément PhotoView 360 de SolidWorks.

Séance 03 : Modélisation de la solidité de la ferme aménageable.
Modélisation des efforts et déplacements subis par la solution de ferme aménageable des élèves, via SimulationXpress.
Observation des déplacements simulés.
Vérification de la conformité au chaier des charges.
Sinon, modification ?

Séance 04 : Préparation de la revue de projet.
Réalisation d'une présentation informatique (diaporama) montrant les étapes de la conception.
Le plan est donné : ferme existante, contraintes du cahier des charges, croquis de recherche de solutions, modélisation, simulation de résistance.

Séance 05 : Revue de projet.
Chaque équipe présente son travail via l'outil informatique.
Présentation notée.


Séquence 06 : Fabrication de la charpente avec combles aménageables.
Compétences travaillées :
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.6 - Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 5.2 - Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Compétences associées :
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Respecter une procédure de travail garantissant un résultat en respectant les règles de sécurité et d'utilisation des outils mis à disposition.
Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
Connaissances :
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Arborescence.
Prototypage rapide de structures [...].
Procédures, protocoles.
Ergonomie.
Instruments de mesure simple.

Séance 01 : Préparation de la fabrication.
Proposition des objectifs :
. Fabriquer une des deux fermes aménageables sur la mini-fraiseuse et l'autre sur l’imprimante 3D.
. Contruire l'ensemble de la charpente (avec pannes et chevrons) à partir de profilés en bois.
. Conserver une trace en images de chaque étape de la réalisation.
Enumération des opérations à réaliser :
. Création d’un fichier d’usinage avec EFICN.
. Création d’un fichier d’impression 3D avec Cura.
. Fabrication des 7 pannes et des 12 paires de chevrons.
. Assemblage des éléments de la charpente.
Début de la fabrication.
Dans l'idéal, il serait exhaustif que les élèves réalisent le fichier d'usinage de la ferme aménageable, via EFICN et le fichier d'impression de la ferme aménageable, via Cura.
Malheureusement le temps manque ; un aménagement de la progression peut être envisagé pour l'année prochaine.

Séance 02 : Fabrication - 1/3.
Réalisation complète de la charpente, à partir du dossier de fabrication, en autonomie (appui minimum du professeur).
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Fabrication des 7 pannes (mesurage, tracé, découpe sur scie Varga).
. Fabrication des 24 chevrons (mesurage, tracé /mise en butée, angles à 45° des extrémités), découpe sur scie Varga.
. Calculs des interdistances entre les fermes et entre les paires de chevrons.
. Tracé des interdistances sur les pannes.
...

Séance 03 : Fabrication - 2/3.
... suite de la séance 02.
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Fabrication des 24 chevrons (mesurage, tracé /mise en butée, angles à 45° des extrémités), découpe sur scie Varga.
. Collage des paires de chevrons.
...

Séance 04 : Fabrication - 3/3.
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Collage des paires de chevrons sur les pannes.
. Organisation des prises de vues.
. Réflexion sur le mode de présentation de la revue de projet.


Séquence 07 : Revue de projet et présentation vidéo.
Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, sunthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
CT 5.2 - Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
CT 6.1 - Développer les bonnes pratiques de l'usage des objets communicants.
Compétences associées :
Imaginer, synthétiser et formaliser une procédure, un protocole.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Connaissances :
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Organisation d'un groupe de projet, [...], revues de projets.
Arborescence.

Séance 01 : Droits d’auteur et droit à l’image.
La définition et le cadre de propriété d'une oeuvre.
Les droits et la rémunération de l'auteur.
Copyright et Copyleft.
Le cadre à l'image et le cadre légal.

Séance 02 : Réalisation d’une vidéo à l’aide Windows Live Movie Maker (1/2).
Organisation des ressources numériques (images et vidéos) réalisées par les élèves au cours de la fabrication.
Dans le logiciel, mise en place des séquences dans l’ordre chronologique du déroulement du projet.
Création et insertion d'une séquence Titre et d'un générique de fin.
En fin de séance : invitation à insérer une bande sonore à leur montage avec une musique libre de droits (Jamendo).
Le montage peut être continué / réalisé à la maison et rapporté sur clé USB.

Séance 03 : Réalisation d’une vidéo à l’aide Windows Live Movie Maker (2/2).
Fin de la réalisation de la vidéo.
Compilation du fichier final (paramètres vidéo et audio recommandés).

Séance supplémentaire éventuelle.
L'évaluation est réalisée par le professeur, mais on peut envisager une séance de visionnage des vidéos des équipes, avec une partie de la note réservée à l'appréciation des autres équipes.


Séquence 08 : Arduino, une carte à tout faire.
Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.2 - Identifier [...] les flux d'énergie et d'nformation dans le cadre d'une production technique sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schéma, graphes diagrammes, tableaux ([...]).

Compétences associées :
Imaginer des solutions pour produire des objets et des éléments de programmes informatisés en réponse au besoin.
Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schéma, graphes diagrammes, tableaux.
Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, identifier les entrées et sorties.
Identifier [...] les flux d'information sur un système et décrire les transformations qui s'opèrent.
Ecrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
Connaissances :
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Prototypage rapide [...] de circuits de comande à partir de cartes standard.
Croquis à main levée.
Carte heuristique.

Représentation fonctionnelle des systèmes.
Structure des systèmes.
Chaîne d'information.

Séance 01 : Amérioler le confort des combles aménagés - Recherche d'idées.
Les élèves se projettent et identifient des besoins divers :
. Il fait trop chaud en été.
. Il faut chauffer en hiver.
. On souhaite que le store de la fenêtre toit se ferme automatiquement lorsque la nuit tombe.
. On souhaite que la lumière s’allume automatiquement lorsqu’une personne entre dans les combles.
. On souhaite qu’une alarme se déclenche si un intrus entre dans les combles en l’absence des habitants.
. On souhaite éteindre automatiquement la borne Wifi de 23h à 7h.
. ...
Echange avec les élèves et énumération des solutions techniques qui viennent à l’esprit sur le moment.
Enumération au tableau des solutions, en parallèle pour chaque besoin.
Identification d'une structure commune à chaque solution envisagée : un « détecteur » (capteur) qui déclenche une action d'"un objet qui fait » (un actionneur).
Mise à disposition de chaque équipe d'une carte Uno et d'une carte Shield (déjà assemblées – fragile), d’un bouton poussoir et d’une DEL).
Réalisation du montage et test (programme déjà téléversé dans la carte Uno) ; super : ça marche !
Etude de la chaîne de commande pour allumer la DEL avec le bouton poussoir (GRAFCET, organigramme).
Différenciation des ports de branchements de la carte Shield.
Mini-synthèse : schéma des cartes Uno et Shield assemblée, du bouton poussoir (capteur), de la DEL (actionneur) et l’alimentation.

Séance 02 : Programmer la carte Arduino.
Scratch est déjà utilisé en Mathématiques. mBlock fonctionne de la même manière avec la même interface.
Parcours rapide des blocs de commande par défaut.
Recherche d’élaboration du programme mBlock du montage "bouton poussoir et DEL".
Téléversement et vérification du bon fonctionnedment.
Découverte des capteurs disponibles de leurs principes respectifs de fonctionnement.
Nature du signal : analogique ou numérique.
Nature de l’information : logique ou analogique.
Représentation graphique de l’information et du signal de chaque capteur.

Séance 03 : Piloter avec Arduino.
Découverte des actionneurs disponibles et extrapolation (par exemple : d’un moteur, on peut réaliser un ventilateur, une roue dentée menante, la direction d’un véhicule, …).
Représentation graphique de l’action de l’actionneur selon l’information reçue.
Elaboration ,au brouillon, d’une carte heuristique de synthèse des capteurs et actionneurs de part et d’autre de l’organe de traitement de l’information (carte Arduino).
Classement selon la nature de l’information du signal.

Séance 04 : Synthèse de l'environnement Arduino.
Représentation d’un document de synthèse informatisé, capteurs, actionneurs, nature du signal, de l’information.
Mise au propre informatisée de la carte heuristique via le logiciel dédié (à définir).


Séquence 09 : « Domotisation » des combles – Recherche de solutions systémiques.
Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, [...] et ressources correspondantes..
CT 2.3 - S'approprier un cahier des charges.
CT 2.4 - Associer des solutions techniques à des fonctions.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse au besoin.
CT 2.6 - Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numériques, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment desrevues de projet.
CT 4.4 - Piloter un système connecté localement où à distance.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Imaginer des solutions pour produire des objets et des éléments de programmes informatiques en réponse au besoin.
Présenter à l'oral et à l'aide de supports multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
Réaliser de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Associer des solutions techniques à des fonctions.
Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, identifier les entrées et les sorties.
Identifier [...] les flux d'énergie et d'information sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
Ecrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
Ecrire un programme dans lequel des actions sont déclenchées par des évènements extérieurs.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Innovation et créativité.
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Prototypage rapide de structures et de circuits de commande à partir de cartes standard.
Analyse fonctionelle systémique.
Représentation fonctionnelle des systèmes.
Chaîne d'énergie.
Chaîne d'information.
Notion d'algorithme et de programme.
Notion de variable informatique.
Déclenchement d'une action par un évènement, [...], instructions conditionnelles.
Capteur, actionneur, interface.

Séance 01 : Mise en place du projet.
Réception d'un cahier des charges (différent) par chaque équipe.
Présentation de la maquette de la couverture du toit et de ses ouvertures destinées à accueillir les différents systèmes.
Enumération des contraintes de base :
. Mise en oeuvre des systèmes dans la couverture.
. Positionnement de la carte Arduino (juste posée dans la maison ?) et son alimentation (secteur ou pile ?)
Indication de la démarche globale : Réalisation du montage et sa programmation, puis, intégration du système dans la couverture.

Séance 02 : Recherche et choix de solution.
Selon le besoin exprimé, choix d'un capteur et d'un l’actionneur à mettre en œuvre.
Réalisation d’un schéma (Grafcet / organigramme) de fonctionnement du système.
Réalisation de schémas représentant la chaîne d’énergie, la chaîne d’information, le type de signal traité.
Réalisation d’un schéma de montage sur le logiciel Fritzing.

Séance 03 : Réalisation du système fonctionnel.
Branchement des matériels et programmation sur mBlock.
Tests et ajustements.
Validation du professeur.
Elaboration d’un document de présentation du montage, de son fonctionnement.

Séance 04 : Revue de projet.
Par équipe, présentation de chaque conception (vidéo-projection du document de présentation du montage et démonstration du système en fonctionnement).


Séquence 10 : Intégration du système domotique à la toiture.
Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse à un besoin.
CT 2.6 - Réaliser de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aode d'outils de description adaptés : croquis, schéma, [...].
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Réaliser de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Lire, utiliser et produire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de dessins ou de schéma.
Simuler numériquement la structure [...] d'un objet. [...].
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Prototypage rapide de structures [...].
Outils numériques de description des objets techniques.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de la simulation.

Séance 01 : Conception du système d'intégration à la toiture - (1/4).
Rappel des objectifs et des contraintes du cahier des charges.
Définition des étapes du projet (recherche de solution, modélisation, fabrication puis montage sur la toiture).
Travail en équipes autonomes : Croquis, schéma, dessins, choix de solution (en relation avec les moyens de production disponibles), ...
Validation du professeur.

Séance 02 : Conception du système d'intégration à la toiture - (2/4).
Travail en équipes autonomes : . ... modélisation, …
Validation du professeur.

Séance 03 : Fabrication du système d'intégration à la toiture - (3/4).
Travail en équipes autonomes : . ... modélisation, fabrication (imprimante 3D à priori), …
Validation du professeur.

Séance 04 : Fabrication du système d'intégration à la toiture - (4/4).
Travail en équipes autonomes : . ... fabrication (imprimante 3D à priori), tests de fonctionnement.
Elaboration d’un plan de présentation orale (peut-être avec document de synthèse de la conception ; modélisation, assemblage, photos, vidéo, …).

Séance 05 : Revue de projet.
Présentation par équipe de chaque conception et vérification du bon fonctionnement.



S’il reste du temps …

Deux projets possibles selon le temps et la « qualité » de la classe :

1 - Intégration de tous les systèmes à la toiture et fonctionnement en parallèle.
Regrouper tous les systèmes autour d’une seule carte de commande et en un seul programme mBlock.
- Branchements sur les ports.
- Modification (regroupement) des programmes.
- Tests, modifications, résolution des problèmes, réglages.
- Assemblage, montage et vérification du bon fonctionnement via différents scénarii.

2 - Réalisation d’un film présentant la charpente aménageable entièrement domotisée.
Réaliser une vidéo montrant :
- Chaque système de domotique individellement.
- L'assemblage de tous les systèmes sur la toiture.
- Les modification liées à la programmation des système.
- Fonctionnement au cas par cas (système par système).
- Fonctionnement simultané de tous les systèmes avec différents scénarii.

...