Les travaux numériques et la communication des résultats expérimentaux
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Objectifs
► Prérequis
• S’approprier un cahier des charges
• Connaitre les étapes d’une démarche de projet et les solutions techniques choisies
• Savoir utiliser un logiciel de CAO
► Attendus
• Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer
• Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire et prouver
• Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d’un objet
• S’approprier un cahier des charges
• Connaitre les étapes d’une démarche de projet et les solutions techniques choisies
• Savoir utiliser un logiciel de CAO
► Attendus
• Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer
• Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire et prouver
• Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d’un objet
1. SAVOIR - Définition
Dans le cadre d’un projet, le choix d’une
solution technique doit être prouvé avant
d’avancer et de fabriquer un prototype. Cette
étape est très importante pour un projet,
notamment en termes de couts du projet.
Ainsi, des logiciels de CAO permettent de réaliser une modélisation d’un objet technique avant même qu’il n’existe physiquement.
Modéliser, c’est créer une maquette numérique de l'objet technique à réaliser (représentation virtuelle de l’objet en 2D ou 3D) à partir du cahier des charges en respectant des conventions.
La maquette numérique permet :
Une fois le prototype fabriqué, il est possible de réaliser d’autres tests expérimentaux afin de pouvoir bien comparer le modèle et le réel pour valider ou rejeter la solution retenue.
Ainsi, des logiciels de CAO permettent de réaliser une modélisation d’un objet technique avant même qu’il n’existe physiquement.
Modéliser, c’est créer une maquette numérique de l'objet technique à réaliser (représentation virtuelle de l’objet en 2D ou 3D) à partir du cahier des charges en respectant des conventions.
La maquette numérique permet :
- une représentation structurelle de l’objet technique en 2D ou 3D ;
- une meilleure compréhension de son fonctionnement ;
- la recherche d’autres solutions possibles dans le respect du cahier des charges ;
- la simulation du comportement de l’objet.
Une fois le prototype fabriqué, il est possible de réaliser d’autres tests expérimentaux afin de pouvoir bien comparer le modèle et le réel pour valider ou rejeter la solution retenue.
Exemple :
Modélisation
d’un local en 3D à l’aide
d’un logiciel de CAO
2. SAVOIR-FAIRE
► 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
Exemple :
Le cahier des charges d’une glacière électrique indique la fonction suivante :
Dans un laboratoire à température ambiante de 32 °C, des mesures de températures sont faites, avec une sonde, sur dix glacières électriques fabriquées. Les résultats sont présentés dans le graphique ci-dessous :
Deux glacières électriques (numéros 2 et 10) présentent un écart, avec des températures mesurées dépassant 30 °C. Ainsi, le cahier des charges n’est pas respecté pour ces deux glacières et il conviendra d’analyser ces résultats expérimentaux pour en déterminer les causes.
Le cahier des charges d’une glacière électrique indique la fonction suivante :
Fonction | Critère d'appréciation | Niveau d'appréciation |
Produire du froid (Réfrigération) |
Température inférieure | 2 °C ≤ Température ≤ 30 °C |
Dans un laboratoire à température ambiante de 32 °C, des mesures de températures sont faites, avec une sonde, sur dix glacières électriques fabriquées. Les résultats sont présentés dans le graphique ci-dessous :
Graphique présentant
les résultats expérimentaux
Deux glacières électriques (numéros 2 et 10) présentent un écart, avec des températures mesurées dépassant 30 °C. Ainsi, le cahier des charges n’est pas respecté pour ces deux glacières et il conviendra d’analyser ces résultats expérimentaux pour en déterminer les causes.
► Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver
Exemple :
Modélisation simplifiée de fixation d’une plaque métallique avec une vis :
Modélisation simplifiée de fixation d’une plaque métallique avec une vis :
- Dessin technique :
- Modélisation très simple qui montre
les contacts et décrit la transformation du
mouvement de rotation en mouvement de
translation :
► Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d’un objet
Exemple : Simulation numérique de la
décharge d’une pile grâce à un
logiciel de CAO
Circuit électrique
contenant une pile.
Simulation numérique
de la décharge par le logiciel de CAO.
La simulation numérique permet de
prédire et d’évaluer le
décroissement de la tension U aux
bornes de la pile au cours du temps.
3. À RETENIR - Glossaire
Modélisation : Représentation sous
diverses formes (dessin, schéma, maquette
réelle ou numérique) qui permet de bien
expliquer la structure ou le fonctionnement d'un objet
technique et d’expérimenter son
comportement.
Structure : Manière dont les
différents composants d’un objet technique
sont assemblés.
Fonctionnement : Principe technique qui permet
à l’objet de réaliser sa fonction
d'usage.
Comportement : Façon dont un objet technique
fonctionne et évolue au cours du temps.
Simulation numérique : Technique qui utilise
un logiciel informatique afin d’étudier
virtuellement un objet technique.
Prédiction d'un comportement : Annonce du
comportement d’un objet technique par la
connaissance de sa modélisation et en mettant en
œuvre une simulation numérique.
Écart : Différence entre les niveaux
de performance spécifiés dans un cahier des
charges d'un projet et les résultats de
l’expérimentation (ou entre la
réalité et la prédiction).
Niveau de performance : Niveau quantitatif attendu
pour un critère d’appréciation
défini pour une contrainte spécifiée
dans le cahier des charges d'un projet.
Logiciel de CAO : Logiciel informatique qui met en
œuvre des techniques de modélisation du
réel. Il permet de concevoir, simuler et de
produire des objets techniques.
« CAO » signifie Conception
Assistée par Ordinateur.
Maquette virtuelle : Fichier informatique d’un
objet technique qui permet de le visualiser en trois
dimensions et de simuler différents tests avec
l’utilisation de logiciels spécifiques.
2D : Deux dimensions (surfaces : losange,
rectangle, cercle, triangle, carré).
3D : Trois dimensions (volumes : pyramide,
parallélépipède, cylindre, cube,
cône, sphère).
Convention : Ensemble de plusieurs règles et
normes à respecter lors de la
représentation d'un objet technique. Elles sont
définies pour assurer la communication technique
et sont reconnues de façon internationale.
Prototype : Premier modèle réel d'un
objet technique fabriqué afin de le tester et de
l'améliorer avant de lancer une fabrication en
grande quantité.
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