Les travaux numériques et la communication des résultats expérimentaux - Maxicours

Les travaux numériques et la communication des résultats expérimentaux

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
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 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
Exemple :
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 :
  • 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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