PREMIERE
INNOVATION TECHNOLOGIQUE (3 h)

1. Principes de conception des produits et développement durable
1.1. La démarche de projet
1.1.1. Les projets industrielsNiv.Commentaires
  • Rôle, fonctions et responsabilité des principaux intervenants d’un projet (maître d’ouvrage, d’œuvre, entreprises, coordonnateurs,contrôleurs).
  • Animation d’une équipe projet.
2 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).
2 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).
2 Ces connaissances sont à aborder lors d’une étude de cas pour des produits relevant du domaine de la mécatronique.
Ces connaissances sont à aborder lors d’une étude de cas pour des produits relevant du domaine de la construction.
  • Contexte réglementaire des projets.
2 Mise en situation du projet dans son contexte et adaptation des solutions constructives en fonction des réglementations en vigueur.
1.1.2. Communication techniqueNiv.Commentaires
  • Cartes mentales, représentations numériques, diagrammes SysML pertinents, prototype et maquette, croquis et schémas non normalisés, organigrammes.
2 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 produitsNiv.Commentaires
  • Évolution historique et culturelle des formes. Relations entre objet fonctionnel et art contemporain lié à une époque.
1 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.
  • 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.
2
  • 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.
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  • Typologie des constructions, techniques, périodes et styles des projets.
  • Identification des différents types de constructions.
2 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 systèmesNiv.Commentaires
  • Typologie des systèmes (système à faire, système pour faire, sur et sous-systèmes).
1 La notion de système estprésentée comme une typologie de produits technologiques. Le langage SysML est uniquement réservé à la description d’un système technique.
  • Approche système (environnement, frontières, système d’intérêt, points de vue).
2
1.2.2. Ingénierie systèmeNiv.Commentaires
  • Approche processus (typologie).
1 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’IS, sachant que seuls les processus techniques sont étudiés.
  • Approche temporelle, cycle en V.
2 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.
2 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.
2 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 ;
- 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.
2 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 compétitivitéNiv.Commentaires
  • Principe des labels de performance.
2 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).
2 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.
  • Innovation (de produit, de procédé, de marketing, de rupture).
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  • 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.
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  • Ergonomie : notion de confort, d’efficacité, de sécurité dans les relations Homme – produit, Homme – système.
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1.3.2. Compromis complexité-efficacité-coûtNiv.Commentaires
  • Relation Fonction/Coût/Besoin.
  • Relation Fonction/Coût/Réalisation.
  • Relation Fonction/Impact environnemental.
2 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.
2 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.
2 Les différentes phases du cycle de vie d’un système sont définies, en mettant un focus particulier sur le cycle de développement du produit.
 
1.5. Approche environnementale
1.5.1. Cycle de vieNiv.Commentaires
  • Cycle de vie d’un produit.
2 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 produitsNiv.Commentaires
  • 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.
2 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.
2 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).
A 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 produitNiv.Commentaires
  • Outils de l’éco-conception et de l’éco-construction.
2 En articulation avec le chapitre « approche environnementale ». Utilisation de logiciels ou de modules dédiés.
4.2.2. Choix des matériauxNiv.Commentaires
  • Caractéristiques des matériaux naturels et artificiels.
  • Critères et principes de choix des matériaux, méthodes structurées d’optimisation d’un choix, critères environnementaux.
2 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.
4.2.3. Choix des constituantsNiv.Commentaires
  • 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.
2 En articulation avec le chapitre « solutions constructives ». 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.
2 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.
5.1. Constituants des ossatures et enveloppes
5.1. Constituants des ossatures et enveloppes
5.1.1. Enveloppe des produitsNiv.Commentaires
  • Façades mur-rideau, enveloppes construction bois, acier, béton.
2 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.
 
5.2. Constituants de puissance
5.2.1. Convertisseurs, adaptateurs et modulateurs de puissanceNiv.Commentaires
  • Convertisseurs.
  • Modulateurs de puissance.
  • Adaptateurs de puissance.
2 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.
5.2.3. Transmetteurs des mouvementsNiv.Commentaires
  • Organes mécaniques de transmission et d’adaptation de puissance :
    - réducteurs ;
    - transmission par lien flexible ;
    - accouplements.
2 Se limiter aux principales caractéristiques et performances, notamment environnementales et énergétiques, des technologies présentées.
 
5.3. Constituants de l’information
5.3.1. Capteurs, conditionneursNiv.Commentaires
  • Capteurs analogiques.
  • Capteurs numériques, détecteurs.
2 Se limiter à caractériser les capteurs par leurs relations d’entrée/sortie.
5.3.2. Constituants d’IHMNiv.Commentaires
  • Constituants sonores, visuels, tactiles.
2 Afficheur, clavier, écran, etc.
6. Prototypage et expérimentations
6.1. Moyens de prototypage rapide
Niv.Commentaires
  • Prototypage de pièces et de la chaîne d’information.
2 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
Niv.Commentaires
  • Intégration des éléments prototypés du produit.
2 Vérifier la conformité aux spécifications fonctionnelles nécessaires à l’intégration des éléments prototypés en un produit avant assemblage.
  • Mesure et validation de performances.
2 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.