Séquence 9 : Du besoin au prototype : concevoir et fabriquer un objet technique programmé
Évaluation de fin de séquence, barème et grille de compétences.
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📊 Évaluation
Durée : 40 minutes. Barème total : 20 points.
Exercice 1 (4 points)
CADRE GÉNÉRAL DE L'ÉVALUATION DU PROJET, à lire avant les six parties.
Il n'y a pas de devoir écrit dans cette séquence, et aucune séance ne cède de temps au projet. Le projet est évalué sur les productions réelles conservées dans la pochette de l'équipe, aux quatre jalons, et non en une seule fois à la fin.
Quand a lieu l'évaluation. Les quatre moments sont déjà inscrits au déroulement des séances : 10 minutes en fin de séance 2 pour le jalon J1 ; 10 minutes en fin de séance 4 pour le jalon J2 ; 10 minutes en fin de séance 5 pour le jalon J3 ; 10 minutes prises dans la phase de soutenances de la séance 6 pour le jalon J4, le professeur renseignant la grille élève par élève pendant les passages. Total : 40 minutes, déjà comptées dans les 540 minutes de la séquence.
Statut du quiz. Le quiz de seize questions qui accompagne la séquence n'est pas un devoir et n'entre pas dans les 20 points du projet. Il constitue une banque de révision de la période 5 : il est utilisé pendant la semaine d'évaluations de la période, en remédiation individuelle, ou à la maison. Aucune des six séances ne lui est consacrée.
Chaque partie est évaluée avec les quatre niveaux de maîtrise : insuffisante, fragile, satisfaisante, très bonne. Le niveau est ensuite converti en points, pour la moyenne annuelle qui entre dans le contrôle continu.
Conversion, partie sur 4 points : insuffisante 0 ; fragile 1 ; satisfaisante 2,5 ; très bonne 4.
Conversion, partie sur 3 points : insuffisante 0 ; fragile 1 ; satisfaisante 2 ; très bonne 3.
Total du projet : 20 points. Une équipe entièrement au niveau satisfaisant obtient 13 sur 20. Une équipe entièrement au niveau très bon obtient 20 sur 20.
Parties 1, 2, 4 et 5 : évaluées pour l'équipe entière. Parties 3 et 6 : évaluées élève par élève. Aucun élève n'est évalué sur une production qu'il n'avait pas à faire, et aucun élève n'est pénalisé, sur ce qu'il a lui-même produit, par une équipe défaillante.
PARTIE 1 : LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL. Évaluée pour l'équipe, au jalon J1, en fin de séance 2.
Ce que l'équipe doit produire : le tableau du cahier des charges rempli sur ses six lignes, fonction principale, contrainte technique 1, contrainte technique 2, matériaux envisagés, dimensions maximales, quota de matière.
Ce que le professeur observe : la fonction principale nomme-t-elle un service rendu à l'utilisateur, ou décrit-elle une solution de fabrication ? Chaque contrainte porte-t-elle une valeur chiffrée avec son unité ? Cette valeur pourra-t-elle être vérifiée en séance 5, pendant la séance, à la règle, au pied à coulisse, à la balance ou au chronomètre ? L'équipe sait-elle dire pourquoi elle a choisi chaque valeur ?
Preuve conservée dans la pochette : la fiche du cahier des charges, portant les trois cases de la relecture croisée et la signature du professeur.
Fiche du cahier des charges fonctionnel de l'équipe, six lignes, rédigée en séance 2. Fiche d'équipe signée en séance 1. Encadré de relecture croisée, coché et signé par une autre équipe.
Exercice 2 (3 points)
PARTIE 2 : L'ORGANISATION DE L'ÉQUIPE ET LA PLANIFICATION. Évaluée pour l'équipe, au jalon J2, en fin de séance 4.
Ce que l'équipe doit produire : le tableau des six tâches, chacune avec son responsable nommé et sa durée en séances ; le diagramme de Gantt tracé sur les six séances, hachuré tâche par tâche et portant les quatre jalons ; le journal de bord, avec une entrée par séance.
Ce que le professeur observe : les quatre rôles sont-ils réellement tenus, ou un seul élève produit-il tout ? Le diagramme couvre-t-il les six séances ? Les six tâches sont-elles distinguées par six hachures différentes, sans aucune couleur ? Les quatre jalons sont-ils aux bonnes cases ? Le parallélisme entre T2 et T3 apparaît-il, et l'équipe sait-elle l'expliquer ? Le planning a-t-il été mis à jour en ouverture de la séance 4, et l'a-t-il été pour décider quelque chose ?
Preuve conservée dans la pochette : le tableau des tâches, le diagramme de Gantt de l'équipe et le cahier de journal de bord.
Tableau des six tâches à quatre colonnes : repère, intitulé, responsable, durée en séances. Fiche de tracé du diagramme de Gantt de l'équipe. Journal de bord de l'équipe. Frise des quatre jalons, imprimée en haut de la fiche d'évaluation remise à l'équipe.
Exercice 3 (4 points)
PARTIE 3 : LA CONCEPTION DANS LE RÔLE TENU. Évaluée élève par élève, au jalon J2, en fin de séance 4.
Chaque élève est évalué sur la production de son rôle, et sur elle seule. Le rôle change ce que l'on observe.
Dessinateur-modélisateur : le croquis coté à main levée et le modèle 3D du boîtier.
Programmeur : le programme écrit dans l'Arduino IDE et son montage sur plaque d'essai.
Fabricant-testeur : les fichiers de fabrication, fichier STL et, s'il y en a un, fichier SVG.
Chef de projet : le journal de bord, la mise à jour du diagramme de Gantt, et la part qu'il a prise dans l'un des deux ateliers.
Ce que le professeur observe, pour chaque rôle : la production existe-t-elle ? Peut-elle réellement servir à la séance suivante ? L'élève sait-il expliquer à quoi sert chaque partie de ce qu'il a produit ?
Preuve conservée : le croquis A3, le fichier FreeCAD et le fichier STL sur la clé USB de l'équipe, le programme enregistré, le journal de bord.
Règle de sécurité, valable pour toute cette partie : la carte est alimentée par le câble USB du poste. Aucun montage n'est relié au secteur. Le câblage est vérifié avant toute mise sous tension et n'est jamais modifié sous tension. Un actionneur de puissance ne se branche jamais directement sur une broche de la carte.
Croquis coté sur feuille A3 et nomenclature à quatre colonnes. Fichier FreeCAD et fichier STL de l'équipe, sur la clé USB. Programme enregistré dans l'Arduino IDE. Journal de bord et diagramme de Gantt mis à jour.
Exercice 4 (3 points)
PARTIE 4 : LA FABRICATION NUMÉRIQUE, LA SÉCURITÉ ET LE CONTRÔLE QUALITÉ. Évaluée pour l'équipe, au jalon J3, en fin de séance 5. Elle est observée en deux temps : la préparation des fichiers en séance 4, la fabrication et le contrôle en séance 5.
Ce que l'équipe doit produire : des fichiers de fabrication conformes, des pièces fabriquées et ébavurées, et la fiche de contrôle qualité en quatre points, renseignée avec des valeurs mesurées.
Ce que le professeur observe : l'équipe prépare-t-elle ses fichiers seule ? Le contrôle qualité est-il fait au pied à coulisse, avec la valeur mesurée écrite à côté de la valeur prévue, et non par une simple croix ? L'équipe repère-t-elle elle-même un défaut, le corrige-t-elle, et sait-elle en nommer la cause ?
Sécurité, contrôlée oralement au début de la séance 5, avant tout accès aux machines : chaque élève doit savoir énoncer une des cinq règles du FabLab et dire quel danger elle écarte. Les lunettes sont portées et la ventilation est vérifiée sans rappel.
Preuve conservée : la fiche « Préparer mes fichiers de fabrication », la fiche de contrôle qualité, les pièces elles-mêmes.
Fiche « Préparer mes fichiers de fabrication », quatre colonnes : nom du fichier, format, machine, prêt oui ou non. Fiche « Contrôle qualité » à quatre points, avec ses deux colonnes chiffrées, valeur prévue et valeur mesurée. Fiche des cinq règles de sécurité du FabLab. Pied à coulisse, lime. Pièces imprimées en 3D et pièces découpées au laser de l'équipe.
Exercice 5 (3 points)
PARTIE 5 : L'ASSEMBLAGE, LES TESTS ET LA VALIDATION PAR LE CAHIER DES CHARGES. Évaluée pour l'équipe, au jalon J3, en fin de séance 5.
Ce que l'équipe doit produire : un prototype assemblé et fermé qui fonctionne ; la fiche de tests renseignée, colonne des problèmes et des solutions comprise ; la fiche de validation, où chacune des six lignes du cahier des charges de la séance 2 est reprise une par une.
Ce que le professeur observe : les six opérations d'assemblage ont-elles été cochées dans l'ordre ? Le câblage a-t-il été vérifié avant la mise sous tension ? Chaque test porte-t-il OK ou KO, et chaque KO porte-t-il le problème rencontré et la solution appliquée ? Chaque ligne du cahier des charges est-elle déclarée respectée ou non respectée, avec la mesure obtenue ? Une amélioration concrète est-elle proposée, chiffrée quand c'est possible ?
Règle absolue, sans exception : le prototype est alimenté par le câble USB de l'ordinateur ou par une batterie externe de téléphone. Toute alimentation autre que celles-là place l'équipe au niveau insuffisant pour cette partie, quel que soit le reste du travail, et le montage est débranché immédiatement.
Preuve conservée : le prototype, la fiche d'assemblage, la fiche de tests, la fiche de validation.
Fiche « Assemblage », six opérations numérotées avec leurs cases à cocher. Fiche « Tests fonctionnels », trois colonnes : test, OK ou KO, problème rencontré et solution appliquée. Fiche « Validation du cahier des charges », première colonne vide à remplir en recopiant les six lignes de la séance 2. Cahier des charges de l'équipe rédigé en séance 2. Prototype et son alimentation, câble USB ou batterie externe.
Exercice 6 (3 points)
PARTIE 6 : LA SOUTENANCE ORALE. Évaluée élève par élève, au jalon J4, en séance 6.
Ce que chaque élève doit produire : sa partie de l'exposé, dans le temps prévu, en s'appuyant sur le support A3 de l'équipe sans le lire. L'exposé de l'équipe dure 5 minutes et comporte cinq parties : introduction, cahier des charges, réalisation, démonstration, bilan. Les quatre élèves prennent la parole à tour de rôle, et personne ne parle deux fois de suite. Le prototype est mis en fonctionnement pendant la partie démonstration, et non avant, sur câble USB ou batterie externe. Viennent ensuite 2 minutes de questions du professeur et de la classe.
Ce que le professeur observe, pour chaque élève : prend-il la parole sur sa partie ? Tient-il le temps prévu ? Emploie-t-il correctement le vocabulaire technique de la séquence : capteur, actionneur, cahier des charges, contrainte mesurable, jalon, prototype ? Répond-il à une question posée, ou relit-il son support ?
Ce format est un entraînement à l'oral de soutenance du diplôme national du brevet, passé en fin de troisième. La différence est dite aux élèves : l'oral du brevet dure 15 minutes, avec environ 5 minutes d'exposé et environ 10 minutes d'entretien ; il se passe seul ou en groupe de 3 élèves au maximum ; il est noté sur 20, dont 8 points pour l'expression orale et 12 points pour la maîtrise du sujet. La soutenance d'aujourd'hui n'est pas notée sur 20 : elle est évaluée avec les quatre niveaux de maîtrise, comme le reste du projet.
Preuve conservée : le support A3, la fiche de répétition chronométrée, la fiche des trois questions probables.
Support d'exposé sur feuille A3, cinq zones de mots-clés au feutre noir. Fiche « Ma partie de l'exposé », une par élève. Fiche « Répétition chronométrée », une par équipe. Fiche « Trois questions probables », une par équipe. Prototype de l'équipe et son alimentation. Tableau de passage des équipes.
📏 Grille de compétences
| Compétence | Insuffisante | Fragile | Satisfaisante | Très bonne |
|---|---|---|---|---|
| Critère 1 : Rédiger le cahier des charges fonctionnel de l'équipe (équipe, jalon J1, 4 points) | Le tableau du cahier des charges compte moins de trois lignes remplies, ou il est recopié sur une autre équipe. La fonction principale n'est pas écrite. | La fonction principale est écrite, mais elle décrit une solution de fabrication : elle nomme un composant, une broche ou une opération de montage. Aucune contrainte ne porte de valeur avec son unité, ou l'unité manque. | La fonction principale nomme le service rendu à l'utilisateur, sans nommer de composant. Deux contraintes au moins portent une valeur chiffrée avec son unité, vérifiable à la règle, au pied à coulisse, à la balance ou au chronomètre. Les six lignes du tableau sont remplies, quota de matière compris. | Toutes les contraintes portent une valeur mesurable dans le temps d'une séance, et l'équipe justifie chaque valeur par la situation d'usage de l'objet. Exemple attendu : « 10 cm et non 5 cm, parce qu'il faut deux minutes pour traverser la cour et aller fermer l'arrivée d'eau. » |
| Critère 2 : Organiser et planifier le travail de l'équipe (équipe, jalon J2, 3 points) | Il n'y a pas de diagramme de Gantt lisible. Le journal de bord ne porte aucune entrée. Les rôles ne sont pas tenus : un seul élève fait tout, ou personne ne produit. | Les rôles sont écrits sur la fiche, mais un ou deux élèves seulement produisent. Le diagramme est tracé sans jalon, ou il n'a pas été mis à jour après la séance 3. Le journal de bord porte moins de trois entrées. | Chaque élève tient son rôle et produit ce qui lui revient. Le diagramme couvre les six séances, distingue les six tâches par six hachures différentes et sans aucune couleur, et porte les quatre jalons aux bonnes cases : J1 en séance 2, J2 en séance 4, J3 en séance 5, J4 en séance 6. Le journal de bord porte une entrée par séance. | T2 et T3 sont hachurées sur les mêmes colonnes et l'équipe explique le parallélisme. De plus, l'équipe repère un retard la séance où il apparaît et modifie elle-même l'ordre de ses tâches : elle dit quelle tâche elle avance et pourquoi. |
| Critère 3, Concevoir dans le rôle tenu : croquis, modèle 3D, programme, suivi (élève par élève, jalon J2, 4 points) | L'élève n'a produit aucune trace exploitable dans son rôle : ni croquis, ni fichier enregistré, ni programme qui se téléverse, ni ligne dans le journal de bord. | La production existe, mais la suite du projet ne peut pas s'en servir : croquis sans cote, modèle sans ouverture pour le capteur, programme qui se téléverse mais ne fait pas réagir l'actionneur, journal qui ne dit pas où en est le projet. | La production sert à la séance suivante. Dessinateur : croquis coté en millimètres et modèle 3D aux mêmes cotes, à moins de 1 mm près, avec les deux ouvertures. Programmeur : programme qui affiche la valeur du capteur sur le moniteur série et déclenche l'actionneur au seuil, sur plaque d'essai alimentée en USB, câblage vérifié avant la mise sous tension. Fabricant : fichier STL au maillage fermé, à l'échelle 1:1, dans le quota de 40 g. Chef de projet : planning et journal tenus à chaque séance. | L'élève va au-delà de ce qui est demandé et sait l'expliquer : jeu de 0,2 à 0,3 mm prévu avant l'impression et épaisseur de paroi choisie pour tenir dans le quota, seuil écrit en constante nommée et programme testé fonction par fonction, planning réorganisé après un retard. Il dit à quoi sert chaque partie de sa production. |
| Critère 4 : Fabriquer au FabLab en respectant la chaîne numérique et la sécurité (équipe, jalon J3, 3 points) | Les fichiers ne sont pas prêts à la fin de la séance 4. Une règle de sécurité n'est pas respectée après un premier rappel : lunettes retirées, ventilation non vérifiée, pièce prise avant refroidissement. | Les fichiers ne sont obtenus qu'avec l'aide constante du professeur. Les pièces sortent hors dimensions ou ne s'emboîtent pas, et l'équipe ne s'en aperçoit pas seule. Les règles de sécurité ne sont appliquées qu'après rappel. | L'équipe exporte, découpe en couches et prépare seule sa fabrication, à l'échelle 1:1 et dans le quota de 40 g. Le contrôle qualité est fait au pied à coulisse, et la valeur mesurée est écrite à côté de la valeur prévue pour les trois dimensions. Les lunettes sont portées et la ventilation est vérifiée sans rappel. Chaque élève énonce une règle et nomme le danger qu'elle écarte. | L'équipe repère elle-même un défaut : jeu trop faible, bordure d'accroche manquante, erreur d'échelle, masse au-dessus du quota : le corrige sur la pièce ou dans le fichier, et nomme la cause du défaut. |
| Critère 5 : Assembler, tester et valider le prototype avec le cahier des charges (équipe, jalon J3, 3 points) | Le prototype n'est pas assemblé, ou aucun test n'est fait, ou la fiche de validation est vide. Toute alimentation autre que le câble USB ou la batterie externe place l'équipe à ce niveau, quel que soit le reste du travail. | Le prototype est assemblé mais il ne fonctionne pas, et l'équipe ne trouve pas la cause. La fiche de tests porte des croix, sans la colonne des problèmes et des solutions. Les lignes du cahier des charges ne sont pas reprises une par une. | Le prototype fonctionne, alimenté par câble USB ou par batterie externe, câblage vérifié avant la mise sous tension. Chaque test est coché OK ou KO, et chaque KO porte le problème rencontré et la solution appliquée. Chacune des six lignes du cahier des charges de la séance 2 est reprise et déclarée respectée ou non respectée, avec la mesure obtenue. | Pour chaque ligne non respectée, l'équipe explique l'écart et propose une amélioration réaliste, chiffrée quand c'est possible. Elle propose en outre une amélioration pour une ligne respectée mais fragile, en s'appuyant sur la dispersion de ses mesures. |
| Critère 6 : Soutenir le projet à l'oral (élève par élève, jalon J4, 3 points) | L'élève ne prend pas la parole, ou il lit son support du début à la fin sans jamais regarder l'auditoire. | L'élève prend la parole, mais l'auditoire ne comprend pas ce que fait l'objet. Le vocabulaire technique est absent ou mal employé, et le temps prévu est dépassé de plus d'une minute. | L'élève présente sa partie dans le temps prévu. Il emploie correctement au moins quatre mots parmi capteur, actionneur, cahier des charges, contrainte mesurable, jalon, prototype. Il répond à une question posée sans relire son support. | L'élève s'appuie sur le support sans le lire, il mène lui-même la démonstration du prototype en fonctionnement, et il argumente le bilan en nommant une cause, une solution et une amélioration chiffrée. |
✅ Corrigé
Exercice 1
Production de niveau satisfaisant, exemple de l'alerte de citerne pleine.
Fonction principale : prévenir par un signal sonore la personne qui se trouve à moins de 10 m de la citerne, lorsque l'eau approche du bord.
Contrainte technique 1 : le signal sonore se déclenche lorsque la distance entre le capteur et la surface de l'eau devient inférieure à 10 cm.
Contrainte technique 2 : l'objet fonctionne sans le courant du secteur, sur batterie externe, pendant au moins 4 heures.
Matériaux envisagés : boîtier en PLA imprimé en 3D, épaisseur de paroi 1,2 mm.
Dimensions maximales : 100 mm de largeur, 60 mm de hauteur, 40 mm de profondeur.
Quota de matière : 38 g de PLA estimés, pour un maximum autorisé de 40 g.
Remarque à faire aux élèves au moment du visa. La contrainte 2 porte une valeur avec son unité, mais quatre heures ne se mesurent pas pendant une séance de 90 minutes. Elle est acceptée au niveau satisfaisant, parce qu'elle est chiffrée ; l'équipe découvrira en séance 5 qu'elle ne peut pas la vérifier, et c'est exactement ce que la séquence veut faire comprendre. La rédaction qui atteint le niveau très bon est : « l'objet fonctionne sur batterie externe, sans être rebranché, pendant au moins 15 minutes », valeur mesurable au chronomètre en classe.
Ce qui fait passer au niveau très bon : l'équipe justifie chaque valeur par la situation d'usage. Exemple de justification attendue : « Nous avons choisi 10 cm et non 5 cm, parce qu'il faut environ deux minutes pour traverser la cour et aller fermer l'arrivée d'eau. À 5 cm, l'alerte arriverait trop tard. »
Formulations refusées et leur reformulation, à faire corriger avant la signature.
« Mettre un capteur ultrason au-dessus de l'eau » est refusé : c'est une solution de fabrication. Reformulation : « prévenir quand l'eau approche du bord ».
« Bien détecter le niveau » est refusé : aucune valeur mesurable. Reformulation : « détecter la surface de l'eau à moins de 10 cm du capteur ».
« Être solide » est refusé. Reformulation : « le boîtier fermé résiste à une chute de 50 cm sur le sol ».
« Coûter moins de 15 euros » est refusé : les composants viennent du stock du laboratoire et ne sont pas achetés. Reformulation : « le boîtier tient dans 40 g de PLA au maximum ».
Erreur fréquente : l'équipe écrit six lignes mais oublie l'unité. « Déclenchement à 10 » n'est pas mesurable : 10 centimètres, 10 millimètres ou 10 secondes ne donnent pas le même objet. Le niveau reste fragile tant que l'unité manque.
Compétence évaluée : Usages et interactions : Identifier un besoin à partir d'une situation réelle, énoncer le problème technique et rédiger un cahier des charges fonctionnel simplifié.
Exercice 2
Tracé attendu du diagramme de Gantt. Il n'existe qu'un seul tracé correct.
Ligne T1, cahier des charges, croquis et nomenclature : une case hachurée, colonne Séance 2.
Ligne T2, modélisation 3D du boîtier : deux cases hachurées, colonnes Séance 3 et Séance 4.
Ligne T3, programmation Arduino : deux cases hachurées, colonnes Séance 3 et Séance 4, avec une hachure différente de celle de T2.
Ligne T4, préparation des fichiers de fabrication : une case hachurée, colonne Séance 4.
Ligne T5, fabrication, assemblage et tests : une case hachurée, colonne Séance 5.
Ligne T6, validation et soutenance : une case hachurée, colonne Séance 6.
Jalons, en triangle noir dans le coin bas-droit de la case, numéro écrit dessous : J1 en T1 colonne Séance 2 ; J2 en T4 colonne Séance 4 ; J3 en T5 colonne Séance 5 ; J4 en T6 colonne Séance 6.
Tableau des tâches attendu, pour une équipe de quatre élèves A, B, C et D.
T1, responsable élève B, dessinateur-modélisateur, 1 séance.
T2, responsable élève B, dessinateur-modélisateur, 2 séances.
T3, responsable élève C, programmeur, 2 séances.
T4, responsable élève D, fabricant-testeur, 1 séance.
T5, responsable élève D, fabricant-testeur, 1 séance.
T6, responsable élève A, chef de projet, 1 séance.
Explication du parallélisme attendue pour le niveau très bon : « T2 et T3 occupent les mêmes colonnes parce que le dessinateur travaille sur le boîtier pendant que le programmeur travaille sur le programme. Ce sont deux personnes différentes, et aucun des deux travaux n'attend le résultat de l'autre. Si une seule personne faisait les deux, il faudrait quatre séances au lieu de deux. »
Ce qui distingue aussi le niveau très bon : l'équipe repère un retard la séance où il apparaît et modifie elle-même l'ordre de ses tâches. Décision acceptée : « Le fabricant prépare le fichier SVG pendant que le programmeur finit le programme, au lieu d'attendre. » Phrase de point de planning refusée : « Ça avance », car elle ne nomme ni la tâche ni l'écart.
Erreur fréquente à corriger : hachurer T5 sur les séances 4 et 5. La fabrication n'a pas lieu en séance 4, puisque les fichiers ne sont prêts qu'à la fin de cette séance et que les impressions sont lancées après le cours.
Compétence évaluée : Conception et réalisation, Organiser et planifier un projet en équipe : répartir les rôles, lister les tâches, tracer un diagramme de Gantt, placer des jalons.
Exercice 3
Dessinateur-modélisateur. Niveau satisfaisant : le croquis porte les quatre éléments légendés, capteur, actionneur, carte Arduino, entrée du câble, et les trois dimensions écrites en millimètres ; chaque repère de la nomenclature se retrouve sur le croquis dans un petit cercle relié par un trait fin ; le modèle 3D reprend ces trois cotes à moins de 1 mm près et porte l'ouverture du capteur et l'ouverture du câble. Pour le HC-SR04, l'ouverture attendue est constituée de deux cercles de 16 mm de diamètre, écartés de 26 mm d'axe en axe ; l'ouverture du câble est une section rectangulaire d'environ 12 mm sur 8 mm sur une face latérale. Niveau très bon : le jeu d'assemblage de 0,2 à 0,3 mm est prévu dans le modèle avant l'impression, et l'élève explique pourquoi : une pièce imprimée n'est jamais exactement aux cotes du modèle, et sans jeu le couvercle ne rentre pas. Il sait aussi dire pourquoi la paroi fait 1,2 mm et non 2 mm : au-delà, le boîtier dépasserait le quota de 40 g. Niveau fragile typique : croquis sans cote, ou modèle sans ouverture pour le capteur.
Programmeur. Niveau satisfaisant : le programme lit la valeur du capteur et l'écrit sur le moniteur série, puis active l'actionneur lorsque la valeur franchit un seuil et l'arrête sinon ; le montage fonctionne sur plaque d'essai, alimenté par le câble USB, et le câblage a été vérifié avant la mise sous tension. Niveau très bon : le seuil est écrit au début du programme sous forme d'une constante nommée, pour être modifié sans chercher dans tout le texte ; le programme a été testé fonction par fonction, capteur seul, actionneur seul, puis les deux ensemble, et l'élève sait dire ce que chaque test élimine comme cause de panne. Niveau fragile typique : le programme se téléverse mais l'actionneur ne réagit pas, et l'élève ne sait pas dire d'où vient la panne.
Fabricant-testeur. Niveau satisfaisant : le fichier STL passe les trois vérifications, maillage fermé, échelle 1:1, dimensions dans le quota de 40 g ; les réglages du découpage en couches sont ceux qui étaient imposés, remplissage 20 %, épaisseur de couche 0,2 mm, bordure d'accroche si la pièce est étroite ; les fichiers sont recopiés sur la clé USB. Sur le fichier SVG, la coupe est un trait plein fin et la gravure un trait pointillé sur le papier, et les deux familles de traits reçoivent deux couleurs différentes dans le logiciel de la machine. Niveau très bon : l'élève explique ce qu'évite chaque vérification, en particulier l'erreur d'échelle, qui ne se voit qu'après une heure d'impression. Niveau fragile typique : fichier obtenu seulement avec l'aide constante du professeur.
Chef de projet. Niveau satisfaisant : le journal de bord porte une entrée par séance, en trois lignes, ce qui est fait, ce qui reste à faire, la difficulté du jour ; le diagramme de Gantt est mis à jour à chaque séance. Niveau très bon : à la séance 4, il annonce l'état de son équipe en une phrase qui nomme une tâche et un écart, puis il réorganise l'ordre des tâches pour rattraper le retard. Phrase acceptée : « Nous avons une demi-séance de retard sur T3, parce que le capteur ne renvoyait aucune valeur ; la cause était un fil mal enfoncé. » Niveau fragile typique : le journal existe mais ne dit pas où en est le projet.
Compétence évaluée : Conception et réalisation, Imaginer et représenter une solution technique : croquis coté à main levée, modèle 3D, nomenclature. Fonctionnement et comportement : Écrire et mettre au point un programme qui relie un capteur, un traitement et un actionneur.
Exercice 4
Les cinq règles de sécurité et la justification attendue de chacune.
Règle 1, porter les lunettes de protection : une projection de copeau, de poussière de MDF ou de plastique fondu peut atteindre l'œil, et l'œil ne se répare pas.
Règle 2, ne jamais toucher la buse de l'imprimante 3D : elle dépasse 200 °C, la brûlure est immédiate et profonde.
Règle 3, ne jamais regarder le faisceau laser : il abîme la rétine, et la lésion est définitive.
Règle 4, vérifier que la ventilation est en marche pendant la découpe : la découpe dégage des fumées toxiques qu'il ne faut pas respirer.
Règle 5, attendre le refroidissement des pièces : une pièce qui sort de la machine reste brûlante plusieurs minutes, même si elle n'a pas l'air chaude.
Réponse refusée : « parce que c'est le règlement ». Une règle de sécurité s'explique par le danger qu'elle écarte.
Tableau des fichiers attendu, exemple de l'alerte de citerne pleine.
Fichier 1 : boitier_citerne.stl, format STL, imprimante 3D, prêt ; remplissage 20 %, couche 0,2 mm, échelle 1:1 ; bordure d'accroche non activée, la base mesure 100 mm sur 60 mm et tient seule sur le plateau.
Fichier 2 : couvercle_citerne.stl, format STL, imprimante 3D, prêt, mêmes réglages.
Fichier 3 : plaque_marquage.svg, format SVG, découpe laser xTool M1, prêt ; plaque de 60 mm sur 30 mm, contour extérieur en trait de coupe, nom de l'équipe en trait de gravure.
Masse annoncée par le logiciel de découpage en couches pour les deux pièces en PLA : 38 g, pour un quota de 40 g. Le fichier passe.
Contrôle qualité de niveau satisfaisant, valeurs écrites sur la fiche.
Point 1, dimensions : largeur prévue 100 mm, mesurée 99,4 mm ; hauteur prévue 60 mm, mesurée 60,2 mm ; profondeur prévue 40 mm, mesurée 39,8 mm. Les trois écarts sont inférieurs à 1 mm.
Point 2, emboîtement : le couvercle entre sans forcer.
Point 3, ouvertures : les deux cercles du capteur sont au bon écartement, l'ouverture du câble est sur la face prévue.
Point 4, bords : deux bavures limées sur l'arête inférieure.
Ce qui fait le niveau très bon : l'équipe corrige elle-même un défaut et en nomme la cause. Exemple accepté : « Notre couvercle ne rentrait pas. Cause : nous avions laissé 0,1 mm de jeu au lieu de 0,2 à 0,3 mm. Nous avons limé 0,2 mm sur le pourtour, et nous avons corrigé la cote dans le fichier FreeCAD pour la prochaine impression. »
Ce qui n'est jamais pénalisé : une impression ratée par une coupure de courant ou une panne machine. Le boîtier est alors remplacé par une version découpée au laser dans le MDF, ou par une version en carton fort, et le fait est écrit dans le journal de bord. L'équipe est évaluée sur ses fichiers, son contrôle qualité et sa sécurité, pas sur la machine.
Compétence évaluée : Conception et réalisation : Réaliser un prototype avec les machines du FabLab, en respectant la chaîne numérique et les règles de sécurité.
Exercice 5
Fiche de tests de niveau satisfaisant, exemple de l'alerte de citerne pleine.
Le capteur détecte : OK. Valeurs lues sur le moniteur série entre 4 et 180 cm, cohérentes avec la distance réelle.
L'actionneur réagit : KO d'abord. Problème rencontré : le buzzer restait muet. Solution appliquée : câble USB débranché, fil du buzzer réenfoncé à fond dans la plaque d'essai, câblage revérifié, puis rebranchement. Nouveau résultat : OK.
Le programme complet fonctionne : OK, après correction du seuil, écrit 100 au lieu de 10.
L'objet est solide et stable : KO. Problème rencontré : le boîtier bascule quand on oriente le capteur vers le bas. Solution appliquée : deux pieds collés à la colle chaude sous la face arrière.
Un KO renseigné vaut mieux qu'un OK non vérifié : la colonne des problèmes et des solutions est ce qui montre que l'équipe a compris ce qu'elle faisait.
Fiche de validation de niveau satisfaisant : les six lignes du cahier des charges de la séance 2, reprises dans l'ordre.
Ligne 1, fonction principale « prévenir par un signal sonore audible à moins de 10 m » : respectée. Mesure : le son est entendu à 12 m dans la cour.
Ligne 2, contrainte 1 « déclenchement quand la distance devient inférieure à 10 cm » : respectée. Mesure : le buzzer se déclenche entre 9,5 et 10,5 cm, à la règle, sur cinq essais.
Ligne 3, contrainte 2 « fonctionner sur batterie externe pendant au moins 4 heures » : non respectée. La durée n'a pas pu être mesurée pendant la séance.
Ligne 4, matériaux « boîtier en PLA, épaisseur de paroi 1,2 mm » : respectée. Mesure au pied à coulisse : paroi de 1,2 mm.
Ligne 5, dimensions maximales « 100 mm sur 60 mm sur 40 mm » : respectée. Mesure au pied à coulisse : 99,4 sur 60,2 sur 39,8 mm.
Ligne 6, quota « 40 g de PLA au maximum » : respectée. Masse pesée du boîtier et de son couvercle : 38 g.
Bilan : cinq lignes sur six sont respectées.
Ce qui fait le niveau très bon : l'amélioration proposée est concrète et chiffrée.
Pour la ligne non respectée : « Réécrire la contrainte en 15 minutes sans rebranchement, durée mesurable au chronomètre en classe ; mesurer la durée réelle hors classe ; faire sonner le buzzer par salves d'une seconde toutes les cinq secondes au lieu d'un son continu, pour diminuer la consommation. »
Pour une ligne respectée mais fragile : « Le déclenchement varie de 1 cm d'un essai à l'autre. Nous ferions la moyenne de cinq mesures successives dans le programme avant de comparer au seuil. »
Leçon à faire dire à la classe : un critère que l'on ne peut pas vérifier était mal écrit en séance 2. C'est ce retour au cahier des charges qui donne son utilité à la séance 2.
Compétence évaluée : Fonctionnement et comportement : Valider un prototype critère par critère, au regard du cahier des charges, et proposer des améliorations.
Exercice 6
Répartition et minutage attendus pour une équipe de quatre, sur 5 minutes.
Introduction, 45 secondes, chef de projet. Cahier des charges, 60 secondes, dessinateur-modélisateur. Réalisation, 75 secondes, programmeur. Démonstration, 90 secondes, fabricant-testeur. Bilan, 50 secondes, chef de projet, qui prend sa deuxième partie. Total à la première répétition : 5 minutes et 20 secondes. L'équipe coupe 20 secondes dans la partie réalisation, en supprimant le détail des réglages du logiciel de découpage en couches, qui n'intéresse pas l'auditoire.
Partie de niveau satisfaisant, exemple pour le dessinateur : « La fonction principale de notre objet est de prévenir par un son quand l'eau approche du bord. Nous avons fixé deux contraintes chiffrées. Première contrainte : le son se déclenche quand la distance entre le capteur et l'eau devient inférieure à 10 centimètres. Deuxième contrainte : l'objet fonctionne sur batterie externe, sans le courant du secteur, pendant au moins quatre heures. Le boîtier ne dépasse pas 100 sur 60 sur 40 millimètres. » L'élève emploie quatre mots techniques justes et tient son temps.
Partie de niveau très bon, exemple pour le chef de projet, au bilan : « Notre principale difficulté a été le couvercle, qui ne rentrait pas : nous avions prévu 0,1 millimètre de jeu au lieu de 0,2 à 0,3. Nous avons limé, et nous avons corrigé la cote dans le fichier. Une ligne du cahier des charges n'est pas respectée : nous n'avons pas pu mesurer les quatre heures d'autonomie pendant la séance, et nous avons compris que cette contrainte était mal écrite. Notre amélioration serait de la réécrire en quinze minutes sans rebranchement, et de faire sonner le buzzer par salves d'une seconde toutes les cinq secondes, ce qui consomme moins. » L'élève nomme une cause, une solution et une amélioration chiffrée.
Questions probables et réponses attendues, à préparer avant le passage.
Pourquoi 10 centimètres et pas 5 ? À 5 centimètres, l'alerte arriverait trop tard pour aller fermer l'arrivée d'eau ; il faut environ deux minutes pour traverser la cour.
Que se passe-t-il en cas de coupure de courant ? L'objet continue de fonctionner, parce qu'il est alimenté par une batterie externe de téléphone et non par le secteur.
Pourquoi un buzzer et pas un écran ? Le laboratoire ne possède aucun afficheur, et un son prévient quelqu'un qui ne regarde pas la citerne.
Comment savez-vous que votre objet fonctionne vraiment ? Nous avons repris chaque ligne du cahier des charges et écrit à côté la valeur mesurée. Cinq lignes sur six sont respectées.
Ce qui distingue les niveaux à l'oral. Fragile : l'élève parle, mais il récite le support et l'auditoire ne comprend pas ce que fait l'objet. Satisfaisant : il présente sa partie dans le temps, avec un vocabulaire technique juste, et il répond à une question. Très bon : il s'appuie sur le support sans le lire, il mène lui-même la démonstration du prototype, et il argumente le bilan.
Compétence évaluée : Usages et interactions : Présenter oralement la démarche et les résultats du projet, à l'aide d'un support.