Architecture , technologies de connexion, paramétrage/adressage, protocoles des réseaux informatiques et Internet :
Cet article du Blog va permettre de faire le point sur les acquis et les compétences en informatique et réseaux de communication à travers plusieurs exercices. Ceux-ci reposent sur tout ce qui a été vu au cours du Cycle 4 , notamment en approfondissant des fiches de connaissances (qui ont été distribuées et qui sont dans le classeur) à l’aide de vidéos , de Quizz et d’exercices donnés sur ce Blog régulièrement, dans un esprit de travail autonome.
Les élèves sont invités à reprendre les fiches connaissances en question et si besoin refaire les quizz associés dans les articles du Quizz suivants ; ci-dessous, les liens vers les différents Quizz et les fiches associées. Il est conseillé de prendre le temps de regarder les vidéos proposées avant les Quizz, riches d’informations.
Le cycle de vie d’un produit prend en compte toutes les activités qui entrent en jeu dans la fabrication, l’utilisation, le transport, l’élimination mais aussi la valorisation, le recyclage de ce produit en fin de vie.
Podcast France Inter à écouter (à partir de la 38e minute) :
-> Garder un an de plus un réfrigérateur , on économise 150 euros par ans; pour certains équipements, 1000 euros sur 10 ans
->Intérêt à réparer les télévisions et les garder 1 an de plus = 90 kg de CO2 économisés. Si tous les français le faisaient : gain de -2 Mt de carbone par an, soit l’équivalent à l’ émission de carbone d’un an de la ville de Lyon !
La conception d’un objet technique suit une démarche appelée démarche de projet technologique , correspondant à une suite d’étapes bien précises, dont la première est la rédaction du Cahier des Charges Fonctionnelles.
La fiche Connaissance suivante, à lire attentivement, à imprimer et ranger dans le classeur, présente les étapes de la démarche de projet technologique, ainsi que les différentes façons d’organiser le travail de conception (travail coopératif ou collaboratif, notions à connaître) :
Par ailleurs, pour mener à bien le projet, le temps doit être géré d’une manière optimale et organisée. Pour cela, on utilise des outils graphiques de gestion de projet qui permettent notamment de planifier les tâches (cela va d’un simple fichier Excel au diagramme de Gantt). Le principe global est présenté dans la fiche Connaissance suivante, à lire attentivement , à imprimer et ranger dans le classeur :
Télécharger toutes les fiches suivantes et si possible les imprimer pour les ranger dans le classeur en fin d’activité : les corrections des exercices seront accessibles ici au fur et à mesure de la progression du travail.
1) Cahier des charges fonctionnel, approche classique
Lorsqu’il y a un changement technologique important au sein d’un objet technique qui ainsi évolue au cours du temps, en particulier dans le domaine du principe de fonctionnement, on parle de rupture dans les solutions techniques. Une rupture apporte en général des performances supérieures et/ou de nouvelles fonctionnalités. On parle aussi de « percée technologique », « Breakthrough » en anglais. Ces ruptures dans les solutions techniques sont liées à des découvertes, des inventions, des innovations dans un ou plusieurs domaines scientifiques et technologiques.
Certaines avancées nécessitent plusieurs étapes qui se nourrissent chacune de ce qui précède. Le processus créatif en science et technologie résulte d’une somme de connaissances et de réalisations techniques obtenues progressivement. Lorsqu’une invention ou une découverte intervient dans une rupture dans les solutions techniques , il y a généralement un décalage dans le temps. C’est très rare qu’une invention soit mise en œuvre immédiatement.
Exercice : positionner sur une frise chronologique quelques inventions majeures qui ont permis des évolutions marquantes du vélo
Pour illustrer ce qui précède ( qui est la conclusion de la fiche connaissance ) , faire l’activité suivante :
L’évolution de la Télévision , ruptures technologiques dans les solutions techniques , découvertes /inventions/innovations associées (imprimer la fiche de l’activité ) : répondre aux questions de la fiche d’activité sur le document réponse (à imprimer)
Frises chronologiques ressources illustrant les évolutions de différents domaines scientifiques avec des découvertes, des inventions et des innovations à exploiter dans l’activitéen plus des recherches sur internet:
En utilisant le mode avancé de programmation du robot éducatif Thymio, les élèves modélisent la mission du Rover Curiosity sur Mars :
– partir de la base, suivre un trajet comportant des obstacles pour se rendre sur le lieu de forage ou d’analyse d’échantillon; une fois le travail effectué, revenir à la base !
Les technologies numériques utilisées pour la conception des objets techniques, modélisation et simulation numériques, Réalité Augmentée, Réalité Virtuelle (cf. l’article du blog à ce sujet) tiennent une grande place de nos jours dans la démarche design, qui consiste à allier au mieux les fonctionnalités, l’esthétique et l’innovation tout au long de la démarche de projet (étapes de la conception d’un objet technique de l’idée et du besoin jusqu’à sa fabrication).
L’utilisation de la réalité mixte (réalité augmentée et réalité virtuelle)est en passe de devenir une norme en terme de design ; en effet,l’optimisation de l’Expérience Utilisateur (User Xperience, UX) qui est l’objectif ultime du design est bien sûr mieux évaluée grâce à ces technologies immersives.
Exemple d’application de l’AR en design: IKEA a mis au point une application (bientôt disponible en France) de design numérique AR qui permet de concevoir ou modifier son intérieur en y intégrant les articles disponibles dans le catalogue IKEA.
Autre exemple : Utilisation de la VR pour le design cabine des avions Airbus (mettre les sous-titres en anglais)
Le logiciel Solidworks très utilisé en modélisation et simulation numériques est un outil puissant pour faire des modifications rapides permettant une amélioration du design au sens large (en anglais, le »design » c’est aussi la conception)..
Les technologies numériquesprésentées ici permettent de gagner temps et argent dans larecherche et la validation de solutions techniques, tout en augmentant les possibilités créativesdans les bureaux d’études quiconçoivent les objets techniques.
La modélisation numérique consiste à faire une représentation en 2 D ou 3D d’un objet dans un logiciel tel que Google Sketchup, qu’on peut modifier à l’infini.
La simulation numérique va permettre de tester ces modèles numériques en leur appliquant des contraintes, des efforts semblables à ceux rencontrés dans l’environnement réel, dans les conditions exactes de leur utilisation, de manière à voir si par exemple une structure est assez résistante, un design assez aérodynamique etc. La simulation numérique suppose une programmation complexe à partir des équations qui modélisent et régissent tous les phénomènes physiques mis en jeu. A noter : dans les simulations numériques , la couleur rouge est associée à un niveau élevée, une valeur forte, par exemple une grande pression sur une pièce, une température élevée etc.
Exemple : le logiciel de modélisation et simulation numérique Bridge Building Game utilisé en 5e pour concevoir des structures de ponts treillis et tester la résistance aux efforts via le passage d’un train.
Autre exemple : études de toutes les performances aérodynamique des avions (écoulement de l’air), des interférences électromagnétique dans une cabine (perturbations liées aux wifi) afin d’optimiser la conception par une correction de formes (modification du design pour optimiser les fonctionnalités).
Remarque : Un logiciel très utilisé en modélisation et simulation numérique s’appelle Solidworks
Les modélisations et simulations numériques, plus généralement les technologies numériques trouvent désormais de nouveaux développements avec la Réalité Augmentée (Augmented Reality, AR) et de Réalité Virtuelle (Virtual Reality, VR), à ne pas confondre.
Depuis l’année dernière, l’AR est au programme de Technologie au Collège et fait l’objet d’une activité en 5e, alliant modélisation numérique en 3D et intégration des modèles dans la réalité à l’aide de tablettes.
Séquence de 5e : Comment implanter une construction dans un environnement ? -> implantation en réalité augmentée d’un abribus modélisé sur Sketchup
L’AR est la superposition, en temps réel, de données virtuelles en 2D ou 3D à la perception naturelle de la réalité. Cette technologie, qui insère des images de synthèse sur les images du monde réel, repose sur l’informatique et des traitements numériques. Elle connaît ces dernières années un développement exceptionnel grâce à la démocratisation des smartphones et des tablettes. Avec l’apparition de lunettes et de casques, l’AR bascule d’un
écran de tablette au champ de vision immédiat de l’utilisateur.Remarque : Si les usages de la réalité augmentée se développent très rapidement sur les smartphones, l’adoption de matériel dédié est nettement plus problématique. D’une part, les lunettes (ou plutôt masques) d’AR coûtent cher, mais elles ont un problème d’autonomie, voire de performance. La partie matérielle (hardware) est très loin d’être au point , c’est pourtant une des conditions de succès.
La VR est une technologie informatique qui simule elle la présence physique d’un utilisateur dans un environnement artificiellement généré par des logiciels. La VR crée un environnement avec lequel l’utilisateur en immersion grâce à un « visiocasque » peut interagir.
Elle est mise en œuvre par exemple pour le grand publique dans le domaine du Gaming ou au cinéma.
Bande annonce du film de S. Spielberg, Ready Player One
NB : On parle parfois de technologies « réalité mixte » : cela correspond à la mise en oeuvre de l’AR et/ou de la VR.
Usages industriels de la réalité Mixte
La réalité virtuelle et la réalité augmentée apportent une nouvelle manière de représenter des objets dans un espace réel ou non, de visualiser l’information (procédures, modes opératoires…) en ayant des indicateurs d’aide à la décision (important lors de manipulations dangereuses) et de transmettre/diffuser des connaissances de manière plus efficace car l’utilisateur est acteur de son expérience. On constate donc une forte utilité de ces technologies dans des secteurs où le gain en performance opérationnel prime, tout comme la sécurité des opérations et des opérateurs.
– LaFormation virtuelle pour de plus grandes performances
Le fait de pouvoir minimiser les erreurs tout en maximisant la productivité des opérateurs, le tout sans accident notable, est un enjeu fort pour les industriels qui doivent assurer la formation et la transmission des connaissances dans un contexte de compétences parfois insuffisantes et de ressources humaines insuffisantes.
–Assistance sur le terrain : la dématérialisation de la documentation et l’expertise de proximité
La réalité augmentée peut également jouer un rôle crucial notamment sur le terrain en permettant de remplacer les documentations techniques et les guides d’opérations de maintenance volumineux par de la documentation dématérialisé et disponible directement sur smartphone/tablette ou lunette à réalité augmentée après avoir fait un « scan » d’équipement ou du procédé.
– Télé-assistance sur le terrain
Illustrations :
Plateforme de formation A4Blue : projet Européen de développement et d’évaluation d’une nouvelle génération de postes de travail adaptatifs et durables face aux exigences évolutives des processus de fabrication, intégrant une interaction homme-machine avancée (ici AR via des lunettes Hololens de Microsoft), et ce pour plus de flexibilité et d’efficacité. On montre ici nouveau système intelligent pour le serrage des boulons dans l’assemblage hydraulique, impliquant une clé dynamométrique intelligente connectée au un dispositif de réalité augmentée (Hololens).
Réalité virtuelle chez AIRBUS
Dans le cadre de la Séquence de 5e : Comment implanter une construction dans un environnement ?, M. Laville Ingénieur de Recherche dans le domaine AR-VR chez Airbus ( Digitalisation Manager au ID Lab
d’AIRBUS Operation S.A.S.) est intervenu auprès de tous les élèves de 5e
Une des compétences attendue en technologie au cycle 4 est la compréhension et l’analyse des systèmes dits « embarqués », qu’on peut décrire à l’aide de chaînes de l’information et de l’énergie.
Pour une analyse plus fine, il convient de connaître les notions d’information et de signal, et les différentes natures d’informations et de signaux existants. Il faut aussi bien connaître la famille des Capteurs qui se décompose en trois catégories : les détecteurs, les capteurs et les codeurs.
La compréhension des signaux numériques et du principe de la numérisation d’un signal analogique exige d’avoir quelques notions sur le codage numérique binaire (et pour cela il faut connaître en mathématiques les puissances d’un nombre).
->rendez -vous sur cette page du blog pour une fiche d’explications et des exercices d’application
La fiche connaissance de définition d’un objet communicant déjà ouverte pour répondre aux questions du Quizz 6 ci-dessus nous amène à réfléchir sur la notion de communication entre l’objet communicant et son terminal , ainsi que sur la programmation de l’objet et du terminal.
Sur le plan de la communication, dans le cas d’un objet communicant dans les deux sens émission/réception, il apparaît donc que
l’objet peut émettre des données et dans ce cas le terminal les reçoit,
l’objet peut recevoir des données et dans ce cas le terminal les émet.
Les données peuvent transiter d’un élément à l’autre sous forme de signal électrique (fil de cuivre du réseau téléphonique), d’un signal lumineux (fibre optique) ou d’une onde électromagnétique (bluetooth, wifi, GSM), cas le plus fréquent pour un objet communicant..
(cf. la fiche connaissance suivante sur les technologies de transmission d’un signal)
Sur le plan de la programmation, la conception d’un objet communicant demande 2 étapes de programmation :
programmation du microprocesseur de l’interface programmable ,
programmation de l’application (logicielle) du terminal.
Ces points sont expliqués dans la Fiche Connaissance suivanteLes Objets Communicants : principe de fonctionnement, programmation
Illustration du thème
La maison connectée : 3 animations/vidéos de la Médiathèque du CEA
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