3 1 TECHNO DESIGN INNOVATION

  

TECHNOLOGIE — CLASSE DE 3e

Design, innovation et créativité

De la naissance du besoin à la réalisation d'un prototype

Cours complet en vue de la préparation du Diplôme National du Brevet

 

Sommaire

Chapitre 1 — De la naissance du besoin à la rédaction du cahier des charges

Chapitre 2 — Organiser un projet

Chapitre 3 — De la conception à la réalisation d'un projet

Révision express

Quiz de 50 questions (avec corrigé)

Exercice type brevet — Étudier le besoin d'un objet technique

 

CHAPITRE 1 — De la naissance du besoin à la rédaction du cahier des charges

Point de passage : « Design, innovation et créativité » — comment un objet technique naît-il d'un besoin, et comment ce besoin se transforme-t-il en document exploitable par des concepteurs ?

 

I. Définir le besoin

1. D'où vient un besoin ?

Un besoin est une nécessité ou un désir ressenti par une personne ou un groupe de personnes. Il naît le plus souvent :

•      d'une insatisfaction ou d'un problème rencontré dans la vie quotidienne (ex : perdre du temps, se fatiguer, être en danger) ;

•      de l'évolution des modes de vie et de la société (nouvelles habitudes, nouveaux usages) ;

•      des avancées scientifiques et technologiques, qui rendent possible une solution qui ne l'était pas avant ;

•      de contraintes environnementales ou économiques nouvelles (économiser l'énergie, réduire les déchets) ;

•      d'une envie ou d'un confort recherché, sans qu'il y ait de problème grave à résoudre.

 

À retenir Un besoin n'est pas un objet : c'est ce que l'objet doit permettre de faire. Avant de concevoir, il faut donc être capable d'exprimer ce besoin clairement, sans déjà penser à une solution technique précise.

 

2. Un outil pour formuler le besoin : la bête à cornes

La bête à cornes (aussi appelée diagramme des interactions primaires) permet d'énoncer le besoin auquel doit répondre un objet technique, en répondant à trois questions :

•      À qui rend-il service ? (l'utilisateur, le client)

•      Sur quoi agit-il ? (la matière d'œuvre : un objet, une information, une personne...)

•      Dans quel but ? (pourquoi cet objet existe, quelle transformation il apporte)

 

Figure 1 — La bête à cornes appliquée au clavier laser (clavier virtuel projeté).

3. Fonction principale et fonctions de contrainte

Une fois le besoin énoncé, on cherche à représenter toutes les relations entre l'objet technique et son environnement (les « éléments du milieu extérieur » : utilisateur, énergie, normes, esthétique...). C'est le rôle du diagramme pieuvre (ou diagramme des interactions) :

•      Fonction principale (FP) — elle relie deux éléments du milieu extérieur en passant par l'objet technique. C'est la raison d'être de l'objet.

•      Fonction contrainte (FC) — elle relie l'objet technique à un seul élément du milieu extérieur. Elle limite ou encadre la conception (sécurité, coût, esthétique, énergie...).

 

Figure 2 — Diagramme pieuvre du clavier laser : 2 fonctions principales (FP1, FP2) et 3 fonctions contraintes (FC1 à FC3).

II. Distinguer les biens matériels, les biens immatériels et les services

Pour répondre à un besoin, on peut produire différents types de réponses :

•      Un bien matériel est un objet technique tangible (qu'on peut toucher, transporter, stocker), fabriqué à partir de matières premières. Exemples : un vélo, un smartphone, une chaise, une trottinette.

•      Un bien immatériel est une production intangible mais qui a une valeur et qui peut être dupliquée, stockée et échangée sous forme numérique. Exemples : un logiciel, une application, un fichier musical, un livre numérique.

•      Un service est une prestation réalisée par une personne, une machine ou une entreprise pour répondre à un besoin, sans qu'il y ait transfert de propriété d'un bien. Exemples : une location de vélo, une réparation, une livraison, un abonnement de streaming, une coupe de cheveux.

 

Critère	Bien matériel	Bien immatériel	Service
Tangible (on peut le toucher)	Oui	Non	Non (c'est une action)
Peut être stocké/possédé	Oui	Oui (fichier, licence)	Non (consommé au moment rendu)
Exemple	Une trottinette électrique	Une application mobile	La location de la trottinette

 

Remarque importante De nombreux objets techniques actuels combinent les trois catégories : un smartphone est un bien matériel, il contient des biens immatériels (applications, logiciel) et il donne accès à des services (appels, cloud, streaming). Il faut donc toujours analyser l'ensemble de la réponse apportée au besoin, pas seulement l'objet visible.

 

Exemples à trier

Exemple	Bien matériel	Bien immatériel	Service
Un vélo acheté en magasin	X
Un abonnement Netflix			X
Une application de calcul mental		X
La réparation d'un ordinateur			X
Un livre papier	X
Un livre numérique (ebook)		X
Un trajet en covoiturage			X

III. Rédiger le cahier des charges

1. Qu'est-ce qu'un cahier des charges ?

Le cahier des charges fonctionnel (CdCF) est un document écrit par le client (ou commanditaire) qui formalise précisément le besoin et les exigences à respecter, afin de guider les concepteurs. Il sert de référence tout au long du projet : c'est par rapport à lui que l'on vérifiera, à la fin, si la solution obtenue est satisfaisante.

2. Le contenu du cahier des charges

Un cahier des charges contient en général :

•      le contexte et la présentation du projet (pourquoi ce projet, pour qui) ;

•      l'énoncé du besoin (bête à cornes) ;

•      la liste des fonctions attendues (principales et contraintes), organisées dans un tableau ;

•      le budget, les délais et les normes à respecter.

 

Pour chaque fonction, le tableau du cahier des charges précise :

Terme	Signification
Fonction	Ce que l'objet technique doit faire (« Permettre de... », « Résister à... »).
Critère	Caractère mesurable qui permet d'apprécier la façon dont la fonction est remplie (ex : masse, prix, autonomie, couleur).
Niveau	Valeur chiffrée (ou qualitative) souhaitée pour ce critère (ex : < 100 g ; ≥ 4 h ; couleur noire).
Flexibilité	Marge de tolérance autour du niveau souhaité.

 

Échelle de flexibilité (norme AFNOR NF X50-151) F0 — niveau impératif, non négociable (souvent lié à la sécurité ou à une norme). F1 — niveau souhaité, peu négociable. F2 — niveau souhaité, négociable dans une certaine mesure. F3 — niveau indicatif, négociable, marge de manœuvre importante.

 

 

Exercice résolu — Identifier un besoin et compléter un cahier des charges

Sujet : le clavier laser

Le clavier laser est un dispositif de la taille d'un stylo qui projette, à l'aide d'un rayon infrarouge, l'image d'un clavier AZERTY sur n'importe quelle surface plane. Des capteurs détectent la position des doigts de l'utilisateur et transmettent l'information par Bluetooth à un smartphone, une tablette ou un ordinateur. L'appareil fonctionne sur batterie rechargeable.

 

Question 1 — Énoncer le besoin (bête à cornes)

Question	Réponse
À qui rend-il service ?	À l'utilisateur nomade (en déplacement, sans clavier physique disponible).
Sur quoi agit-il ?	Sur la saisie de texte sur une surface quelconque.
Dans quel but ?	Permettre de saisir du texte confortablement sans avoir à transporter un clavier physique encombrant.

 

Question 2 — Compléter le tableau du cahier des charges

Fonction	Critère	Niveau	Flexibilité
FP1 : permettre la saisie sans clavier physique	Type de connexion	Bluetooth	F1
FP1 : permettre la saisie sans clavier physique	Vitesse de frappe reconnue	≥ 300 caractères/min	F2
FC1 : être compatible avec les appareils mobiles	Systèmes compatibles	iOS, Android, Windows	F1
FC2 : être transportable	Masse	< 100 g	F1
FC2 : être transportable	Dimensions	Proche d'un stylo (< 15 cm)	F0
FC3 : avoir une autonomie suffisante	Autonomie de la batterie	≥ 4 h d'utilisation continue	F2
FC4 : respecter un coût raisonnable	Prix de vente	≤ 80 €	F3
FC5 : ne pas présenter de danger	Classe du laser	Classe 1 (sans danger pour les yeux)	F0

 

Méthode à retenir pour ce type d'exercice •      Repérer dans le texte QUI utilise l'objet, SUR QUOI il agit, POURQUOI il existe → bête à cornes. •      Repérer les phrases qui donnent des chiffres ou des exigences (taille, poids, prix, durée, norme) → ce sont les critères et les niveaux. •      Se demander si l'exigence est stricte (sécurité, norme) → flexibilité F0, ou plus souple (confort, coût) → F2 ou F3.

 

CHAPITRE 2 — Organiser un projet

 

I. Les étapes d'un projet

Un projet technique est une démarche organisée, menée en équipe, pour atteindre un objectif précis avec des ressources (temps, argent, matériel, compétences) limitées.

Les grandes étapes d'un projet

•      1. Analyse du besoin — on identifie le besoin et on rédige le cahier des charges (voir chapitre 1).

•      2. Recherche de solutions — créativité, brainstorming, croquis, comparaison de plusieurs pistes possibles.

•      3. Conception — choix argumenté d'une solution, modélisation numérique (CAO).

•      4. Réalisation — fabrication du prototype, assemblage des pièces.

•      5. Tests et validation — on vérifie que le prototype respecte le cahier des charges.

•      6. Communication — présentation du résultat (oral, dossier, démonstration).

 

Organisation en équipe Un projet est généralement mené par une équipe dans laquelle les rôles sont répartis (chef de projet, responsable CAO, responsable qualité, communication...). Des revues de projet sont organisées à intervalles réguliers : ce sont des points d'étape qui permettent de vérifier que le travail avance bien, dans les délais, et conformément au cahier des charges. En cas d'écart, l'équipe ajuste son organisation.

 

II. Le planning prévisionnel

Pour organiser les tâches d'un projet dans le temps, on utilise un planning prévisionnel, le plus souvent représenté sous la forme d'un diagramme de Gantt.

Vocabulaire du diagramme de Gantt

Terme	Définition
Tâche	Une action précise à réaliser dans le cadre du projet.
Durée	Le temps nécessaire pour réaliser la tâche.
Antériorité	Une tâche qui doit être terminée avant qu'une autre puisse commencer.
Tâches simultanées (en parallèle)	Des tâches réalisées en même temps par des membres différents de l'équipe.
Jalon	Un événement clé, une échéance importante, une étape de validation (souvent représenté par un losange ◆).

 

À retenir Le diagramme de Gantt permet de visualiser en un coup d'œil : quelles tâches sont en cours à un moment donné, quelles tâches doivent être terminées avant que d'autres commencent (antériorité), et quelles tâches peuvent être menées en parallèle pour gagner du temps.

 

Exercice — Comprendre un planning prévisionnel

Une équipe de collégiens réalise le prototype d'un petit robot trieur de déchets. Voici le planning prévisionnel du projet, réparti sur 8 semaines (S1 à S8) :

 

Tâche	Durée	Antériorité	S1	S2	S3	S4	S5	S6	S7	S8
T1 – Analyse du besoin et CdC	1 sem.	—	X
T2 – Recherche de solutions	1 sem.	T1		X
T3 – Modélisation 3D (CAO)	2 sem.	T2			X	X
T4 – Découpe / impression des pièces	1 sem.	T3					X
T5 – Programmation du robot	2 sem.	T3					X	X
T6 – Assemblage	1 sem.	T4, T5							X
T7 – Tests et réglages	1 sem.	T6								X
Jalon – Présentation du prototype	—	T7								◆

 

Questions

•      1. Quelle est la durée totale du projet ?

•      2. Quelle tâche doit obligatoirement être terminée avant que la modélisation 3D (T3) puisse commencer ?

•      3. Citez deux tâches réalisées en parallèle. Pendant quelle(s) semaine(s) ont-elles lieu simultanément ?

•      4. Pourquoi l'assemblage (T6) ne peut-il commencer qu'en semaine 7, et pas plus tôt ?

•      5. Qu'appelle-t-on un « jalon » dans un planning ? Donnez l'exemple tiré de ce planning.

 

Corrigé 1. Le projet dure 8 semaines (de S1 à S8). 2. La tâche T2 (Recherche de solutions) doit être terminée avant que T3 (Modélisation 3D) ne commence, car T2 est en antériorité de T3. 3. T4 (Découpe / impression des pièces) et T5 (Programmation du robot) sont réalisées en parallèle pendant la semaine S5. 4. Parce que T6 a deux antériorités : T4 ET T5. Or T4 se termine en S5 mais T5 ne se termine qu'en S6. L'assemblage doit donc attendre que les DEUX tâches soient achevées, donc il ne peut commencer qu'en S7. 5. Un jalon est un événement clé du projet (souvent une échéance ou une étape de validation), représenté par un losange (◆). Exemple ici : la présentation du prototype, en fin de semaine S8.

 

CHAPITRE 3 — De la conception à la réalisation d'un projet

 

I. Rechercher une solution pour répondre au besoin

Une fois le cahier des charges rédigé, il faut imaginer des solutions techniques capables d'y répondre. Cette étape mobilise la créativité :

•      Le brainstorming — travail en groupe pour produire un maximum d'idées, sans les juger dans un premier temps.

•      Le croquis — représentation rapide à main levée d'une idée, pour la partager et la faire évoluer facilement.

•      La veille (technologique et concurrentielle) — recherche de solutions déjà existantes (état de l'art), pour s'en inspirer, éviter de refaire ce qui existe et identifier ce qui pourrait être amélioré.

 

Plusieurs solutions sont ensuite comparées à l'aide du cahier des charges : pour chaque solution, on évalue si elle respecte les fonctions et les niveaux attendus, puis on choisit la solution la mieux adaptée, en justifiant ce choix.

 

II. Concevoir et modéliser avec un logiciel de CAO

La CAO (Conception Assistée par Ordinateur) désigne l'ensemble des logiciels qui permettent de créer une modélisation numérique, le plus souvent en 3D, d'un objet technique avant sa fabrication. Exemples de logiciels utilisés au collège : SketchUp, Tinkercad, OnShape, SolidWorks.

 

Apports de la CAO	Explication
Précision	Les dimensions et les formes sont exactes, ce qui facilite l'assemblage réel des pièces.
Modifications rapides	On peut changer une forme, une dimension ou une couleur en quelques clics, sans tout refaire.
Simulation	On peut vérifier virtuellement le fonctionnement, l'assemblage ou la résistance avant de fabriquer quoi que ce soit.
Économie de matière	Moins de prototypes physiques ratés, donc moins de matière et de temps gaspillés.
Préparation de la fabrication	Le modèle 3D peut être directement envoyé à une imprimante 3D, une découpeuse laser ou une machine à commande numérique.

 

III. Réaliser un prototype

Un prototype est une première réalisation physique d'une solution technique. Il permet de tester et de valider (ou d'invalider) une solution avant une éventuelle fabrication en plus grande quantité.

Différents types de prototypes

•      La maquette — représentation simplifiée, parfois à échelle réduite, qui permet surtout de visualiser la forme générale.

•      Le prototype d'aspect — reproduit l'apparence finale de l'objet, mais pas forcément son fonctionnement réel.

•      Le prototype fonctionnel — reproduit le fonctionnement réel de l'objet, pour tester les fonctions techniques (souvent réalisé avec des cartes de commande standard comme Arduino ou micro:bit).

 

Démarche de prototypage rapide •      Fabrication des pièces (impression 3D, découpe laser, découpe de carton...). •      Assemblage du prototype. •      Tests : on confronte le prototype aux critères du cahier des charges. •      Validation : si un critère n'est pas respecté, on revient en conception pour l'ajuster (démarche itérative).

 

Exercice résolu — Identifier une innovation

Remarque pour l'enseignant L'énoncé oral mentionnait un dispositif « de type RWU », terme qui n'a pas pu être identifié avec certitude (probable coquille de transcription vocale). Il a été remplacé ici par un exemple réel et représentatif du même objectif pédagogique (une innovation destinée à réduire la consommation électrique liée à la veille des appareils). Si un dispositif précis était visé, il suffit de remplacer les données ci-dessous par celles du dispositif souhaité : la méthode d'analyse reste identique.

 

Sujet : la multiprise à coupure automatique de veille

De nombreux appareils électroniques (téléviseur, ordinateur, box internet, imprimante...) continuent à consommer de l'électricité même lorsqu'ils sont éteints, en mode « veille ». Cette consommation cachée peut représenter jusqu'à 10 % de la facture électrique d'un foyer. Une entreprise propose une multiprise connectée capable de détecter automatiquement, grâce à un capteur de courant et un microcontrôleur, quand un appareil « maître » (par exemple un ordinateur) passe en veille, et de couper alors l'alimentation des appareils « esclaves » associés (imprimante, écran, enceintes). Une application mobile permet de suivre la consommation en temps réel.

 

Question 1 — Quel est le besoin auquel répond cet objet ?

Réponse Bête à cornes : à qui rend-il service ? Aux utilisateurs d'appareils électroniques à la maison. Sur quoi agit-il ? Sur l'alimentation électrique des appareils en veille. Dans quel but ? Réduire la consommation d'électricité inutile liée à la veille, donc réduire la facture et l'impact environnemental.

 

Question 2 — Pourquoi peut-on parler d'innovation ?

Une innovation est la mise en œuvre réussie d'une idée nouvelle (ou améliorée) qui apporte une valeur ajoutée reconnue par les utilisateurs. Il ne s'agit pas forcément d'une invention totalement nouvelle : on peut innover en combinant des technologies existantes d'une manière nouvelle, ou en améliorant un produit déjà présent sur le marché (innovation d'usage, innovation incrémentale).

Réponse Ici, la multiprise n'invente pas l'électricité ni les capteurs de courant : elle combine une technologie existante (détection de courant, microcontrôleur, connectivité) d'une manière nouvelle pour résoudre un problème précis (la consommation cachée en veille). C'est une innovation d'usage : elle rend un geste écologique (éteindre ses appareils) automatique et donc accessible à tous, sans effort.

 

Question 3 — Sur quel type de fonction agit principalement cette innovation ?

Réponse Elle répond à une fonction contrainte de type environnemental/énergétique du cahier des charges des appareils domestiques : limiter la consommation d'énergie. Elle n'ajoute pas de nouvelle fonction d'usage à l'ordinateur ou à l'imprimante ; elle optimise une contrainte déjà présente dans la plupart des cahiers des charges actuels.

 

RÉVISION EXPRESS — Ce qu'il faut absolument retenir

 

Chapitre 1 — Du besoin au cahier des charges

Le besoin •      Un besoin naît d'une insatisfaction, d'une évolution de la société, d'une avancée technologique ou d'une envie. •      La bête à cornes énonce le besoin en 3 questions : à qui rend-il service ? sur quoi agit-il ? dans quel but ? •      Le diagramme pieuvre relie l'objet aux éléments du milieu extérieur : fonctions principales (FP, entre 2 éléments) et fonctions contraintes (FC, un seul élément).

 

Biens et services •      Bien matériel = objet tangible (on peut le toucher). Bien immatériel = production numérique intangible mais qui a une valeur (logiciel, fichier). Service = prestation, sans transfert de propriété d'un bien.

 

Le cahier des charges fonctionnel (CdCF) •      Document rédigé par le client qui formalise le besoin et les exigences pour guider la conception. •      Pour chaque fonction : Critère (ce qu'on mesure) → Niveau (la valeur visée) → Flexibilité (marge de négociation, de F0 = impératif à F3 = très négociable).

 

Chapitre 2 — Organiser un projet

Étapes et planning •      6 grandes étapes : analyse du besoin → recherche de solutions → conception → réalisation → tests/validation → communication. •      Diagramme de Gantt : outil qui visualise les tâches, leur durée, leur antériorité (ce qui doit être fini avant) et les tâches en parallèle (simultanées). •      Jalon = événement clé / échéance du projet, souvent représenté par un losange ◆.

 

Chapitre 3 — De la conception à la réalisation

Solutions, CAO, prototype •      Rechercher une solution : brainstorming, croquis, veille technologique, puis comparaison des solutions par rapport au cahier des charges. •      CAO (Conception Assistée par Ordinateur) : modélisation numérique précise, modifiable rapidement, simulable, avant fabrication. •      Prototype = première réalisation physique pour tester une solution (maquette, prototype d'aspect, prototype fonctionnel). Démarche itérative : test → écart au CdC → retour en conception si besoin. •      Innovation = mise en œuvre réussie d'une idée nouvelle ou améliorée apportant une valeur ajoutée reconnue (pas forcément une invention totale : peut être une innovation d'usage ou incrémentale).

 

Vocabulaire clé à connaître par cœur

Mot	Définition express
Besoin	Nécessité ou désir ressenti, exprimé sans penser encore à une solution.
Bête à cornes	Outil en 3 questions pour énoncer le besoin.
Diagramme pieuvre	Schéma des relations entre l'objet et son environnement (FP / FC).
Fonction principale (FP)	Relie 2 éléments du milieu extérieur via l'objet.
Fonction contrainte (FC)	Relie l'objet à 1 seul élément du milieu extérieur.
Bien matériel	Objet technique tangible.
Bien immatériel	Production numérique intangible mais ayant une valeur.
Service	Prestation rendue, sans transfert de propriété d'un bien.
Cahier des charges fonctionnel	Document formalisant le besoin et les exigences (fonction/critère/niveau/flexibilité).
Flexibilité (F0 à F3)	Marge de négociation d'un niveau (F0 = imposé, F3 = très négociable).
Planning prévisionnel / Gantt	Représentation des tâches d'un projet dans le temps.
Antériorité	Tâche qui doit être finie avant qu'une autre commence.
Jalon	Événement clé / échéance d'un projet.
CAO	Conception Assistée par Ordinateur : modélisation numérique d'un objet.
Prototype	Première réalisation physique testant une solution.
Innovation	Mise en œuvre réussie d'une idée nouvelle ou améliorée, à valeur ajoutée reconnue.
Créativité	Capacité à imaginer des idées nouvelles pour répondre à un besoin.
Veille (technologique)	Recherche active d'informations sur les solutions existantes.

 

QUIZ — 50 questions pour tester ses connaissances

Consigne : pour chaque question, entourez ou notez la bonne réponse (a, b, c ou d). Le corrigé complet se trouve à la fin du quiz.

 

1. Qu'est-ce qu'un besoin technique ?

a) Un objet déjà fabriqué     b) Une nécessité ou un désir ressenti     c) Un plan de fabrication     d) Un logiciel de CAO

2. Un besoin peut naître de :

a) Uniquement d'une mode passagère     b) D'une insatisfaction, d'une évolution de société ou d'une avancée technologique     c) Seulement d'une obligation légale     d) Du hasard

3. La bête à cornes permet de :

a) Dessiner l'objet en 3D     b) Énoncer le besoin auquel répond un objet     c) Calculer le prix de revient     d) Planifier les tâches

4. Dans la bête à cornes, la question « à qui rend-il service ? » identifie :

a) La matière d'œuvre     b) L'utilisateur     c) Le fabricant     d) Le concurrent

5. Dans la bête à cornes, la question « sur quoi agit-il ? » identifie :

a) Le besoin     b) La matière d'œuvre (ce sur quoi l'objet agit)     c) Le prix     d) Le jalon

6. La question « dans quel but ? » de la bête à cornes correspond à :

a) La raison d'être / la finalité de l'objet     b) Le nom commercial     c) La couleur de l'objet     d) La date de sortie

7. Un besoin doit être exprimé :

a) En pensant déjà à la solution technique précise     b) Sans se limiter à une solution technique précise     c) Uniquement en termes de prix     d) Uniquement par le fabricant

8. Un même besoin peut être satisfait par plusieurs solutions techniques différentes.

a) Vrai     b) Faux

9. Le diagramme pieuvre représente :

a) Les étapes d'un projet     b) Les relations entre l'objet et les éléments du milieu extérieur     c) Le prix de l'objet     d) Le planning

10. Une fonction principale (FP) :

a) Relie l'objet à un seul élément du milieu     b) Relie deux éléments du milieu extérieur en passant par l'objet     c) N'a pas de rapport avec le besoin     d) Est toujours négociable

11. Une fonction contrainte (FC) :

a) Relie l'objet à un seul élément du milieu extérieur     b) Est toujours la fonction la plus importante     c) Concerne uniquement le prix     d) N'existe pas dans le cahier des charges

12. Laquelle de ces propositions est un exemple de fonction contrainte ?

a) Permettre à l'utilisateur de couper du bois     b) Respecter les normes de sécurité électrique     c) Les deux sont des fonctions principales     d) Aucune de ces réponses

13. Le milieu extérieur d'un objet technique désigne :

a) L'ensemble des éléments (personnes, énergie, normes...) en contact avec l'objet     b) Uniquement l'utilisateur     c) Le fabricant uniquement     d) Le magasin où on l'achète

14. Dans un diagramme pieuvre, le nombre de fonctions contraintes est :

a) Toujours égal à 1     b) Toujours égal au nombre de fonctions principales     c) Variable selon l'objet et son environnement     d) Toujours nul

15. Un bien matériel est :

a) Un objet technique tangible     b) Un fichier numérique     c) Une prestation de service     d) Une idée

16. Un bien immatériel est :

a) Un objet qu'on peut toucher     b) Une production numérique intangible mais ayant une valeur     c) Une réparation     d) Un aliment

17. Un service se caractérise par :

a) Un transfert de propriété d'un bien     b) L'absence de transfert de propriété d'un bien : c'est une prestation     c) Toujours un objet physique     d) Une durée illimitée

18. Un abonnement de streaming musical est :

a) Un bien matériel     b) Un service     c) Une norme     d) Un cahier des charges

19. Une application mobile téléchargée est plutôt considérée comme :

a) Un bien matériel     b) Un bien immatériel     c) Un service uniquement     d) Une contrainte

20. Un smartphone acheté en magasin combine généralement :

a) Uniquement un bien matériel     b) Un bien matériel, des biens immatériels et des services     c) Uniquement un service     d) Aucun de ces éléments

21. Le cahier des charges fonctionnel est rédigé par :

a) Le client / commanditaire     b) Uniquement l'ouvrier     c) Le publicitaire     d) Le client final après l'achat

22. Le cahier des charges sert à :

a) Vendre l'objet     b) Formaliser le besoin et guider la conception     c) Remplacer la bête à cornes     d) Fixer uniquement le prix

23. Dans le tableau du cahier des charges, le « critère » désigne :

a) La valeur exacte souhaitée     b) Le caractère mesurable qui permet d'apprécier une fonction     c) Le nom de la fonction     d) Le prix de vente uniquement

24. Le « niveau » dans le cahier des charges correspond :

a) À la valeur chiffrée ou qualitative visée pour un critère     b) Au nom du produit     c) À la marque du fabricant     d) À la couleur uniquement

25. La flexibilité F0 signifie que le niveau est :

a) Très négociable     b) Impératif, non négociable     c) Facultatif     d) Inconnu

26. La flexibilité F3 signifie que le niveau est :

a) Impératif     b) Indicatif, très négociable     c) Interdit     d) Impossible à atteindre

27. Une exigence de sécurité (norme) dans un cahier des charges a souvent une flexibilité :

a) F0     b) F3     c) Aucune flexibilité n'est nécessaire     d) F2 uniquement

28. Le cahier des charges permet, à la fin du projet, de :

a) Vérifier si la solution obtenue répond bien au besoin initial     b) Changer le besoin     c) Remplacer le prototype     d) Supprimer les tests

29. La première étape d'un projet technique est en général :

a) La réalisation du prototype     b) L'analyse du besoin     c) La communication du résultat     d) Les tests

30. La dernière étape d'un projet est souvent :

a) L'analyse du besoin     b) La recherche de solutions     c) La communication / présentation du résultat     d) Le cahier des charges

31. Une « revue de projet » est :

a) Un avis publié sur internet     b) Un point d'étape pour vérifier l'avancement du projet     c) La vente du produit     d) La destruction du prototype

32. Dans une équipe projet, les rôles sont :

a) Toujours identiques pour tous     b) Répartis selon les compétences de chacun     c) Interdits     d) Décidés par le client uniquement

33. Un diagramme de Gantt sert à :

a) Modéliser un objet en 3D     b) Représenter les tâches d'un projet dans le temps     c) Calculer un prix     d) Dessiner un diagramme pieuvre

34. Dans un diagramme de Gantt, une « antériorité » est :

a) Une tâche qui doit être terminée avant qu'une autre commence     b) Une tâche facultative     c) La durée totale du projet     d) Le nom du chef de projet

35. Deux tâches « en parallèle » sont deux tâches :

a) Réalisées l'une après l'autre     b) Réalisées en même temps     c) Annulées     d) Sans lien entre elles

36. Un « jalon » dans un planning représente :

a) Une tâche très longue     b) Un événement clé ou une échéance importante     c) Un retard du projet     d) Le budget du projet

37. Si la tâche B a pour antériorité la tâche A, alors :

a) B peut commencer avant que A ne soit terminée     b) B doit attendre que A soit terminée pour commencer     c) A et B sont automatiquement simultanées     d) A ne sert à rien

38. Si une tâche a deux antériorités (A et B), elle peut commencer :

a) Dès que A est terminée, même si B ne l'est pas     b) Uniquement quand A ET B sont toutes les deux terminées     c) Avant même que A et B ne commencent     d) N'importe quand

39. Le brainstorming est une méthode qui vise à :

a) Choisir immédiatement la meilleure solution     b) Produire un maximum d'idées en groupe, sans les juger tout de suite     c) Fabriquer le prototype     d) Rédiger le cahier des charges

40. La veille technologique consiste à :

a) Fabriquer un prototype     b) Rechercher les solutions déjà existantes pour s'en inspirer     c) Vendre le produit     d) Tester le produit final

41. Comparer plusieurs solutions à l'aide du cahier des charges permet de :

a) Choisir la solution la mieux adaptée en le justifiant     b) Éviter de faire un cahier des charges     c) Supprimer l'étape de conception     d) Remplacer le prototype

42. CAO signifie :

a) Conception Assistée par Ordinateur     b) Création Artistique Originale     c) Contrôle Automatique d'Objets     d) Cahier des Applications Ouvertes

43. Un des principaux avantages de la CAO est :

a) Elle empêche toute modification     b) Elle permet de modifier rapidement un modèle numérique avant fabrication     c) Elle remplace le besoin du client     d) Elle interdit la simulation

44. La CAO permet notamment de :

a) Simuler virtuellement le fonctionnement d'un objet avant sa fabrication     b) Fabriquer directement l'objet sans aucune vérification     c) Remplacer le cahier des charges     d) Éviter toute étape de test

45. Lequel de ces logiciels est un logiciel de CAO ?

a) Un lecteur de musique     b) SketchUp ou Tinkercad     c) Un tableur de calcul de budget uniquement     d) Un navigateur internet

46. Un prototype est :

a) Le produit final vendu en magasin     b) Une première réalisation physique permettant de tester une solution     c) Un simple dessin sur papier     d) Le cahier des charges

47. Un prototype fonctionnel permet surtout de :

a) Vérifier l'apparence uniquement     b) Tester le fonctionnement réel de l'objet     c) Fixer le prix de vente     d) Remplacer la CAO

48. Si un prototype ne respecte pas un critère du cahier des charges, l'équipe doit :

a) Abandonner totalement le projet     b) Revenir en conception pour ajuster la solution (démarche itérative)     c) Vendre quand même le produit     d) Ignorer le problème

49. Une innovation est :

a) Obligatoirement une invention totalement nouvelle     b) La mise en œuvre réussie d'une idée nouvelle ou améliorée apportant une valeur ajoutée reconnue     c) Un simple changement de couleur sans utilité     d) Toujours interdite avant validation

50. Améliorer un produit déjà existant pour le rendre plus pratique, sans tout réinventer, est appelé :

a) Une innovation incrémentale (ou d'usage)     b) Un besoin     c) Une norme     d) Un jalon

 

Corrigé du quiz

Bonne réponse pour chaque question :

 

N°	Rép.	N°	Rép.	N°	Rép.	N°	Rép.
1	b	2	b	3	b	4	b
5	b	6	a	7	b	8	a
9	b	10	b	11	a	12	b
13	a	14	c	15	a	16	b
17	b	18	b	19	b	20	b
21	a	22	b	23	b	24	a
25	b	26	b	27	a	28	a
29	b	30	c	31	b	32	b
33	b	34	a	35	b	36	b
37	b	38	b	39	b	40	b
41	a	42	a	43	b	44	a
45	b	46	b	47	b	48	b
49	b	50	a

 

EXERCICE TYPE BREVET — Étudier le besoin d'un objet technique

Thème : Design, innovation et créativité — Durée conseillée : 30 minutes — Barème : /20

 

Dossier technique — La trottinette électrique en libre-service Dans de nombreuses villes, un service de trottinettes électriques en libre-service permet de se déplacer sans posséder son propre véhicule. L'utilisateur localise la trottinette la plus proche grâce à la géolocalisation de l'application mobile, la déverrouille en scannant un QR code, puis roule jusqu'à sa destination. En fin de trajet, il gare la trottinette dans une zone autorisée et la verrouille depuis l'application, ce qui met fin à la location. Chaque nuit, une équipe d'opérateurs collecte les trottinettes déchargées pour recharger leurs batteries et les remettre en service le lendemain matin.

 

Fiche technique

Caractéristique	Valeur
Masse de la trottinette	14 kg
Vitesse maximale	20 km/h (limitée à 10 km/h dans certaines zones piétonnes par géolocalisation)
Autonomie	25 km
Batterie	Amovible et rechargeable, capacité 250 Wh
Freinage	Frein à disque arrière + frein moteur régénératif
Éclairage	LED avant et arrière
Application mobile	Géolocalisation, déverrouillage par QR code, paiement intégré
Tarif	1 € de déverrouillage + 0,15 €/min
Matériaux	Cadre en aluminium, roues pleines increvables
Casque	Non fourni ; port recommandé
Fin de vie	Batteries recyclées par une filière spécialisée ; cadre aluminium recyclable

 

Questions

Question 1 — Énoncer le besoin

(2 points)

À l'aide du dossier technique, complétez la bête à cornes ci-dessous.

 

Question 2 — Bien matériel et service

(2 points)

Le service de trottinettes en libre-service repose à la fois sur un bien matériel et sur un service. Identifiez-les tous les deux et justifiez chaque réponse à l'aide d'un élément du dossier.

 

Question 3 — Diagramme pieuvre

(3 points)

À partir du dossier, citez deux fonctions principales (FP) et deux fonctions contraintes (FC) de la trottinette. Pour chacune, précisez l'élément (ou les éléments) du milieu extérieur concerné(s).

 

Question 4 — Cahier des charges

(4 points)

Complétez le tableau du cahier des charges ci-dessous à l'aide des données techniques du dossier (colonnes « Niveau » à compléter).

Fonction	Critère	Niveau (à compléter)
FC – Permettre un trajet suffisant sans recharge	Autonomie	……………………………
FC – Être transportable et maniable	Masse	……………………………
FC – Ne pas mettre l'utilisateur en danger	Vitesse maximale	……………………………
FC – Rester accessible financièrement	Tarif	……………………………

 

Question 5 — Justifier une contrainte économique

(2 points)

Expliquez en une phrase pourquoi le tarif (1 € de déverrouillage + 0,15 €/min) constitue une contrainte économique que les concepteurs du service doivent respecter.

 

Question 6 — Vrai ou Faux (justifié)

(2 points)

Pour chaque affirmation, indiquez si elle est vraie ou fausse et justifiez à l'aide du dossier.

•      a) La trottinette peut rouler à 30 km/h en permanence.

•      b) La batterie de la trottinette est amovible et rechargeable.

•      c) Un casque est fourni avec chaque trottinette.

 

Question 7 — Proposer une innovation

(3 points)

Proposez une amélioration innovante de ce service répondant à une contrainte environnementale (autre que le recyclage déjà mis en place). Expliquez en quoi votre proposition correspond bien à la définition d'une innovation vue en cours.

 

Question 8 — Relier une observation à une fonction contrainte

(2 points)

Pourquoi les opérateurs collectent-ils les trottinettes chaque nuit pour les recharger, plutôt que de compter uniquement sur les utilisateurs ? Reliez votre réponse à une fonction contrainte du cahier des charges.

 

Corrigé

Question 1 (2 points)

Réponse attendue À qui rend-elle service ? Aux utilisateurs souhaitant se déplacer en ville. Sur quoi agit-elle ? Sur le déplacement / la mobilité de la personne. Dans quel but ? Permettre de se déplacer rapidement en ville sans posséder de véhicule personnel.

Question 2 (2 points)

Réponse attendue Bien matériel : la trottinette elle-même (objet tangible, en aluminium, que l'on peut toucher et utiliser). Service : la location proposée via l'application mobile (déverrouillage, facturation à la minute, disponibilité en libre-service) : il n'y a pas de transfert de propriété de la trottinette, seulement une prestation payante.

Question 3 (3 points — 0,75 pt par élément correct)

Réponse attendue (exemples acceptés) Fonctions principales : FP1 permettre à l'utilisateur de se déplacer sur la voie publique (relie l'utilisateur et la voie/route) ; FP2 permettre à l'utilisateur de localiser et déverrouiller la trottinette via son smartphone (relie l'utilisateur et le smartphone/application). Fonctions contraintes : FC1 respecter la vitesse maximale imposée par la géolocalisation dans les zones piétonnes (élément : normes/réglementation locale) ; FC2 disposer d'une source d'énergie suffisante (élément : batterie/énergie) ; FC3 résister aux normes de sécurité et d'usure (élément : normes de sécurité).

Question 4 (4 points — 1 point par ligne)

Fonction	Critère	Niveau
FC – Trajet suffisant sans recharge	Autonomie	25 km
FC – Transportable et maniable	Masse	14 kg
FC – Ne pas mettre en danger	Vitesse maximale	20 km/h (10 km/h en zone piétonne)
FC – Rester accessible financièrement	Tarif	1 € de déverrouillage + 0,15 €/min

 

Question 5 (2 points)

Réponse attendue Le tarif doit rester suffisamment bas pour que les utilisateurs choisissent la trottinette plutôt qu'un autre mode de transport (bus, taxi, voiture) : c'est une contrainte économique car elle limite les choix techniques (matériaux, entretien) pour que l'entreprise reste rentable tout en restant attractive pour le client.

Question 6 (2 points — 0,66 pt par item)

Réponse attendue a) Faux — la vitesse maximale est de 20 km/h, et même seulement 10 km/h dans certaines zones (donc jamais 30 km/h, et pas « en permanence »). b) Vrai — le dossier précise que la batterie est amovible et rechargeable. c) Faux — le dossier précise que le casque n'est pas fourni (port seulement recommandé).

Question 7 (3 points)

Exemple de réponse attendue (d'autres propositions cohérentes sont acceptées) Proposition : équiper les trottinettes de panneaux solaires souples pour recharger partiellement la batterie pendant la journée, ce qui réduirait le nombre de collectes nocturnes en camionnette (donc les émissions liées au transport de recharge). Il s'agit bien d'une innovation : ce n'est pas une invention totalement nouvelle (les panneaux solaires existent déjà), mais une combinaison nouvelle de technologies existantes appliquée à un usage précis, apportant une valeur ajoutée reconnue (moins de collectes, moins d'émissions).

Question 8 (2 points)

Réponse attendue Les opérateurs collectent les trottinettes la nuit car leur autonomie est limitée (25 km) : si on ne les rechargeait pas régulièrement, elles finiraient déchargées et inutilisables. Cela répond à la fonction contrainte « disposer d'une autonomie suffisante / garantir la disponibilité du service », qui dépend directement de l'énergie (élément du milieu extérieur : la source d'énergie/batterie).