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Sciences de l’ingénieur

13 compétences réparties sur 2 niveaux du programme français.

13 compétences · 6 domaines

13 leçons complètes sont publiées dans cette discipline

Première — 13 compétences · 13 avec exercices

  • Analyse du besoin, exigences et lecture de diagrammes SysML

    Difficulté 2 sur 5

    Lire un cahier des charges : besoin, mission principale, cas d’utilisation, exigences avec leur critère et leur niveau (valeur attendue, avec sa tolérance) ; reconnaître le rôle des principaux diagrammes SysML en lecture : cas d’utilisation (services rendus aux acteurs), exigences (performances attendues), définition de blocs (constituants du produit), blocs internes (flux de matière, d’énergie et d’information entre constituants), séquence (échanges dans le temps), états (comportement) ; vérifier si une performance mesurée ou simulée satisfait une exigence.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre une exigence (ce que le produit doit satisfaire, avec un critère et un niveau) et une solution technique (la façon de la satisfaire).
    • Chercher les flux d’énergie entre constituants dans le diagramme de définition de blocs, qui ne montre que la composition : ils se lisent dans le diagramme de blocs internes.
    • Déclarer une exigence satisfaite sans comparer la performance mesurée au niveau et à sa tolérance.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Analyse du besoin, exigences et lecture de diagrammes SysML

    Difficulté 2 sur 5

    Lire un cahier des charges : besoin, mission principale, cas d’utilisation, exigences avec leur critère et leur niveau (valeur attendue, avec sa tolérance) ; reconnaître le rôle des principaux diagrammes SysML en lecture : cas d’utilisation (services rendus aux acteurs), exigences (performances attendues), définition de blocs (constituants du produit), blocs internes (flux de matière, d’énergie et d’information entre constituants), séquence (échanges dans le temps), états (comportement) ; vérifier si une performance mesurée ou simulée satisfait une exigence.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre une exigence (ce que le produit doit satisfaire, avec un critère et un niveau) et une solution technique (la façon de la satisfaire).
    • Chercher les flux d’énergie entre constituants dans le diagramme de définition de blocs, qui ne montre que la composition : ils se lisent dans le diagramme de blocs internes.
    • Déclarer une exigence satisfaite sans comparer la performance mesurée au niveau et à sa tolérance.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Difficulté 2 sur 5

    Un capteur prélève une grandeur physique et la traduit en un signal exploitable (souvent une tension) ; caractéristiques utiles : étendue de mesure (plage des valeurs mesurables), sensibilité (variation du signal de sortie par unité de la grandeur mesurée), résolution, précision, fonction de transfert et linéarité ; pour un capteur linéaire, signal = a × grandeur + b, d’où le calcul de la grandeur mesurée à partir du signal lu, et inversement.

    Prérequis : La chaîne d’information d’un objet technique, Fonctions linéaires et affines

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre sensibilité (variation de sortie par unité mesurée) et résolution (plus petite variation détectable).
    • Oublier l’ordonnée à l’origine d’une fonction de transfert affine et calculer comme si le signal était proportionnel à la grandeur.
    • Exploiter une mesure hors de l’étendue de mesure du capteur.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Difficulté 2 sur 5

    Un capteur prélève une grandeur physique et la traduit en un signal exploitable (souvent une tension) ; caractéristiques utiles : étendue de mesure (plage des valeurs mesurables), sensibilité (variation du signal de sortie par unité de la grandeur mesurée), résolution, précision, fonction de transfert et linéarité ; pour un capteur linéaire, signal = a × grandeur + b, d’où le calcul de la grandeur mesurée à partir du signal lu, et inversement.

    Prérequis : La chaîne d’information d’un objet technique, Fonctions linéaires et affines

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre sensibilité (variation de sortie par unité mesurée) et résolution (plus petite variation détectable).
    • Oublier l’ordonnée à l’origine d’une fonction de transfert affine et calculer comme si le signal était proportionnel à la grandeur.
    • Exploiter une mesure hors de l’étendue de mesure du capteur.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Chaîne de puissance et chaîne d’information d’un produit

    Difficulté 2 sur 5

    Décrire l’organisation fonctionnelle d’un produit par deux chaînes en interaction : la chaîne de puissance (captation ou alimentation, stockage, distribution, modulation, conversion, adaptation, transmission de l’énergie jusqu’à l’effecteur) et la chaîne d’information (acquérir, traiter, communiquer), qui envoie des ordres à la chaîne de puissance ; représenter chaque chaîne par un schéma bloc ; repérer les flux de matière, d’énergie et d’information (MEI) entre constituants, et la nature de l’énergie entre deux blocs.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Ranger le variateur ou le relais avec les fonctions de conversion : ils modulent ou distribuent l’énergie sans en changer la forme.
    • Faire passer de l’énergie de la chaîne d’information vers la chaîne de puissance : la chaîne d’information envoie des ordres, la puissance vient de la source.
    • Confondre le réducteur (adaptation et transmission mécanique) avec le moteur (conversion électrique vers mécanique).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Chaîne de puissance et chaîne d’information d’un produit

    Difficulté 2 sur 5

    Décrire l’organisation fonctionnelle d’un produit par deux chaînes en interaction : la chaîne de puissance (captation ou alimentation, stockage, distribution, modulation, conversion, adaptation, transmission de l’énergie jusqu’à l’effecteur) et la chaîne d’information (acquérir, traiter, communiquer), qui envoie des ordres à la chaîne de puissance ; représenter chaque chaîne par un schéma bloc ; repérer les flux de matière, d’énergie et d’information (MEI) entre constituants, et la nature de l’énergie entre deux blocs.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Ranger le variateur ou le relais avec les fonctions de conversion : ils modulent ou distribuent l’énergie sans en changer la forme.
    • Faire passer de l’énergie de la chaîne d’information vers la chaîne de puissance : la chaîne d’information envoie des ordres, la puissance vient de la source.
    • Confondre le réducteur (adaptation et transmission mécanique) avec le moteur (conversion électrique vers mécanique).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Choisir une solution ou un matériau par une matrice de comparaison multicritère

    Difficulté 2 sur 5

    Comparer plusieurs solutions (ou couples matériau-procédé) selon plusieurs critères pondérés (coût, masse, fiabilité, impact environnemental, ergonomie…) : chaque solution reçoit une note par critère, le score global est la somme des notes multipliées par les poids, la solution retenue est celle du meilleur score ; éliminer d’abord une solution qui ne satisfait pas une exigence impérative ; un choix de matériau est un compromis entre critères opposés.

    Prérequis : Familles de matériaux et choix selon leurs propriétés

    Erreurs typiques (3)
    • Additionner les notes sans les multiplier par les poids des critères.
    • Retenir le meilleur score alors que la solution ne satisfait pas une exigence impérative du cahier des charges.
    • Noter « coût » ou « masse » dans le mauvais sens : une note élevée doit toujours signifier « meilleur pour le produit ».

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Codage de l’information : binaire, hexadécimal, ASCII

    Difficulté 2 sur 5

    Changements de base binaire ↔ décimal (première) ; écriture hexadécimale (chiffres 0 à 9 puis A à F, un chiffre hexadécimal pour quatre bits) et conversion hexadécimal ↔ décimal ↔ binaire (terminale SIN) ; code ASCII d’un caractère ; identifier le type de codage d’une donnée issue d’un capteur ou d’une trame ; effets de la taille des données (dépassement de la plus grande valeur représentable).

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels

    Erreurs typiques (3)
    • Prendre le chiffre hexadécimal A pour 1 ou pour 11 : A vaut 10, F vaut 15.
    • Grouper les bits par quatre en partant de la gauche au lieu de la droite.
    • Lire un code hexadécimal comme un nombre décimal (0x20 vaut 32, pas 20).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Comportement à événements discrets : diagramme d’états

    Difficulté 3 sur 5

    Décrire le comportement séquentiel d’un produit par un diagramme d’états : états, état initial, transitions déclenchées par un événement (appui sur un bouton, seuil atteint par un capteur, fin d’une temporisation), éventuellement soumises à une condition ; suivre une suite d’événements à partir de l’état initial pour trouver l’état atteint ; relier le diagramme à l’algorithme du programme de commande.

    Prérequis : Opérateurs logiques ET, OU, NON dans un programme

    Erreurs typiques (3)
    • Changer d’état sur un événement qui ne correspond à aucune transition partant de l’état courant : un événement non prévu laisse le système dans son état.
    • Partir d’un autre état que l’état initial pour suivre la séquence.
    • Confondre l’état (situation qui dure) et l’événement (ce qui se produit à un instant et déclenche la transition).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Comportement à événements discrets : diagramme d’états

    Difficulté 3 sur 5

    Décrire le comportement séquentiel d’un produit par un diagramme d’états : états, état initial, transitions déclenchées par un événement (appui sur un bouton, seuil atteint par un capteur, fin d’une temporisation), éventuellement soumises à une condition ; suivre une suite d’événements à partir de l’état initial pour trouver l’état atteint ; relier le diagramme à l’algorithme du programme de commande.

    Prérequis : Opérateurs logiques ET, OU, NON dans un programme

    Erreurs typiques (3)
    • Changer d’état sur un événement qui ne correspond à aucune transition partant de l’état courant : un événement non prévu laisse le système dans son état.
    • Partir d’un autre état que l’état initial pour suivre la séquence.
    • Confondre l’état (situation qui dure) et l’événement (ce qui se produit à un instant et déclenche la transition).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Contrainte normale et loi de Hooke en traction

    Difficulté 3 sur 5

    Pour une pièce sollicitée en traction ou en compression simple, contrainte normale σ = F / S (en pascals, le plus souvent en mégapascals : 1 MPa = 1 N/mm²) ; allongement relatif ε = ΔL / L₀ (sans unité) ; dans le domaine élastique, loi de Hooke σ = E·ε avec E le module d’Young du matériau ; la pièce reste dans le domaine élastique tant que σ ne dépasse pas la limite élastique ; comparer la contrainte à la limite élastique pour valider un dimensionnement.

    Prérequis : Forces et interactions, Familles de matériaux et choix selon leurs propriétés

    Erreurs typiques (3)
    • Laisser la section en mm² avec une force en N et annoncer des pascals : N/mm² donne des mégapascals.
    • Confondre l’allongement ΔL (une longueur) et l’allongement relatif ε (sans unité).
    • Appliquer la loi de Hooke au-delà de la limite élastique, où la déformation n’est plus proportionnelle à la contrainte.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Conversion analogique-numérique : quantum et résolution

    Difficulté 3 sur 5

    Un convertisseur analogique-numérique (CAN) de n bits associe à une tension d’entrée comprise entre 0 et sa valeur pleine échelle U_PE un nombre entier N compris entre 0 et 2ⁿ − 1 ; avec la convention q = U_PE / 2ⁿ, le quantum q est la plus petite variation de tension qui change le code, et N est la partie entière de U / q ; plus n est grand, plus la résolution est fine ; retrouver la tension correspondant à un code (U = N × q, au quantum près).

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels, Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Erreurs typiques (3)
    • Diviser la pleine échelle par n au lieu de 2ⁿ.
    • Arrondir N à l’entier le plus proche alors que la convention de l’énoncé demande la partie entière.
    • Croire que le code maximal vaut 2ⁿ : sur 10 bits, le plus grand code est 1023.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Débit d’une liaison : débit maximal, débit utile, durée de transmission

    Difficulté 3 sur 5

    Débit binaire en bits par seconde (bit/s) ; durée de transmission d’un message = nombre de bits transmis / débit ; dans une liaison série asynchrone, chaque octet de données est encadré par un bit de départ (start), éventuellement un bit de parité, et un ou deux bits d’arrêt (stop) : ces bits de service réduisent le débit utile (bits de données transmis par seconde) par rapport au débit de la ligne ; lire une trame binaire et la convertir.

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels

    Erreurs typiques (3)
    • Compter les octets au lieu des bits (oublier le facteur 8) dans le calcul d’une durée.
    • Calculer la durée avec les seuls bits de données en oubliant les bits de départ, d’arrêt et de parité réellement transmis.
    • Confondre débit de la ligne et débit utile.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Débit d’une liaison : débit maximal, débit utile, durée de transmission

    Difficulté 3 sur 5

    Débit binaire en bits par seconde (bit/s) ; durée de transmission d’un message = nombre de bits transmis / débit ; dans une liaison série asynchrone, chaque octet de données est encadré par un bit de départ (start), éventuellement un bit de parité, et un ou deux bits d’arrêt (stop) : ces bits de service réduisent le débit utile (bits de données transmis par seconde) par rapport au débit de la ligne ; lire une trame binaire et la convertir.

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels

    Erreurs typiques (3)
    • Compter les octets au lieu des bits (oublier le facteur 8) dans le calcul d’une durée.
    • Calculer la durée avec les seuls bits de données en oubliant les bits de départ, d’arrêt et de parité réellement transmis.
    • Confondre débit de la ligne et débit utile.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Grandeurs effort et flux, puissance instantanée

    Difficulté 3 sur 5

    Dans chaque domaine, la puissance instantanée transmise est le produit d’une grandeur d’effort par une grandeur de flux : force et vitesse (P = F·v), couple et vitesse angulaire (P = C·ω), tension et intensité (P = U·I), pression et débit volumique (P = p·Q). Unités : N, m/s, N·m, rad/s, V, A, Pa, m³/s, W. Conversion d’une fréquence de rotation en vitesse angulaire : ω = 2π·N/60 (N en tr/min). Puissance moyenne et énergie transférée E = P·Δt.

    Prérequis : Énergie et puissance, Puissance et énergie électriques

    Erreurs typiques (3)
    • Multiplier un couple par une fréquence de rotation en tr/min : la vitesse angulaire doit être en rad/s (ω = 2π·N/60).
    • Oublier le facteur 2π et diviser seulement par 60.
    • Confondre le couple (effort, en N·m) et la puissance (en W) : un moteur à fort couple et faible vitesse peut être peu puissant.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Grandeurs effort et flux, puissance instantanée

    Difficulté 3 sur 5

    Dans chaque domaine, la puissance instantanée transmise est le produit d’une grandeur d’effort par une grandeur de flux : force et vitesse (P = F·v), couple et vitesse angulaire (P = C·ω), tension et intensité (P = U·I), pression et débit volumique (P = p·Q). Unités : N, m/s, N·m, rad/s, V, A, Pa, m³/s, W. Conversion d’une fréquence de rotation en vitesse angulaire : ω = 2π·N/60 (N en tr/min). Puissance moyenne et énergie transférée E = P·Δt.

    Prérequis : Énergie et puissance, Puissance et énergie électriques

    Erreurs typiques (3)
    • Multiplier un couple par une fréquence de rotation en tr/min : la vitesse angulaire doit être en rad/s (ω = 2π·N/60).
    • Oublier le facteur 2π et diviser seulement par 60.
    • Confondre le couple (effort, en N·m) et la puissance (en W) : un moteur à fort couple et faible vitesse peut être peu puissant.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Impacts environnementaux sur le cycle de vie d’un produit

    Difficulté 3 sur 5

    Phases du cycle de vie d’un produit (extraction et transformation des matières, fabrication, distribution, utilisation, fin de vie) ; additionner, pour un indicateur donné (par exemple les émissions de gaz à effet de serre en kilogrammes d’équivalent CO₂), les contributions de chaque phase, la phase d’utilisation se calculant à partir de l’énergie consommée et d’un facteur d’émission fourni ; repérer la phase prépondérante ; comparer deux solutions sur l’ensemble du cycle de vie et non sur une seule phase ; efficacité énergétique d’un produit.

    Prérequis : Cycle de vie d’un objet technique et incidences environnementales, Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Erreurs typiques (3)
    • Comparer deux produits sur leur seule phase d’utilisation, en oubliant la fabrication et la fin de vie.
    • Multiplier une puissance (et non une énergie) par le facteur d’émission exprimé par kilowattheure.
    • Additionner des grammes et des kilogrammes d’équivalent CO₂ sans les convertir.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Loi d’entrée-sortie d’un réducteur : vitesses et couples

    Difficulté 3 sur 5

    Rapport de transmission r = ω_sortie / ω_entrée d’un engrenage : sans glissement, les deux roues ont la même vitesse au contact et des dents de même pas, d’où r = Z_menante / Z_menée (en valeur absolue ; deux roues extérieures tournent en sens contraires) ; pour poulies et courroie, r = d_menante / d_menée ; le rapport d’un train de plusieurs étages est le produit des rapports ; la puissance se conserve aux pertes près, d’où le couple de sortie C_s = η·C_e·ω_e / ω_s : un réducteur diminue la vitesse et augmente le couple.

    Prérequis : Transmission et transformation de mouvement, Grandeurs effort et flux, puissance instantanée, Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Erreurs typiques (3)
    • Écrire r = Z_menée / Z_menante : la roue qui a le plus de dents tourne le moins vite.
    • Additionner les rapports des étages d’un train au lieu de les multiplier.
    • Croire qu’un réducteur augmente la puissance parce qu’il augmente le couple : la puissance de sortie est au mieux égale à celle d’entrée.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Loi d’entrée-sortie d’un réducteur : vitesses et couples

    Difficulté 3 sur 5

    Rapport de transmission r = ω_sortie / ω_entrée d’un engrenage : sans glissement, les deux roues ont la même vitesse au contact et des dents de même pas, d’où r = Z_menante / Z_menée (en valeur absolue ; deux roues extérieures tournent en sens contraires) ; pour poulies et courroie, r = d_menante / d_menée ; le rapport d’un train de plusieurs étages est le produit des rapports ; la puissance se conserve aux pertes près, d’où le couple de sortie C_s = η·C_e·ω_e / ω_s : un réducteur diminue la vitesse et augmente le couple.

    Prérequis : Transmission et transformation de mouvement, Grandeurs effort et flux, puissance instantanée, Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Erreurs typiques (3)
    • Écrire r = Z_menée / Z_menante : la roue qui a le plus de dents tourne le moins vite.
    • Additionner les rapports des étages d’un train au lieu de les multiplier.
    • Croire qu’un réducteur augmente la puissance parce qu’il augmente le couple : la puissance de sortie est au mieux égale à celle d’entrée.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Difficulté 3 sur 5

    Rendement d’un constituant η = P_utile / P_absorbée (sans unité, entre 0 et 1, souvent en pourcentage) ; puissance perdue P_absorbée − P_utile, le plus souvent dissipée en chaleur ; dans une chaîne de constituants en série, la puissance utile de l’un est la puissance absorbée du suivant, donc le rendement global est le produit des rendements ; retrouver la puissance à fournir en entrée pour une puissance utile imposée en sortie ; bilan énergétique et efficacité énergétique d’un produit.

    Prérequis : Énergie et puissance

    Erreurs typiques (3)
    • Additionner les rendements des constituants au lieu de les multiplier.
    • Écrire un rendement supérieur à 1 (ou à 100 %) : un constituant ne fournit jamais plus de puissance qu’il n’en reçoit.
    • Inverser le quotient (P_absorbée / P_utile) en cherchant la puissance d’entrée : on divise la puissance utile par le rendement.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Difficulté 3 sur 5

    Rendement d’un constituant η = P_utile / P_absorbée (sans unité, entre 0 et 1, souvent en pourcentage) ; puissance perdue P_absorbée − P_utile, le plus souvent dissipée en chaleur ; dans une chaîne de constituants en série, la puissance utile de l’un est la puissance absorbée du suivant, donc le rendement global est le produit des rendements ; retrouver la puissance à fournir en entrée pour une puissance utile imposée en sortie ; bilan énergétique et efficacité énergétique d’un produit.

    Prérequis : Énergie et puissance

    Erreurs typiques (3)
    • Additionner les rendements des constituants au lieu de les multiplier.
    • Écrire un rendement supérieur à 1 (ou à 100 %) : un constituant ne fournit jamais plus de puissance qu’il n’en reçoit.
    • Inverser le quotient (P_absorbée / P_utile) en cherchant la puissance d’entrée : on divise la puissance utile par le rendement.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

Terminale — 13 compétences · 13 avec exercices

  • Analyse du besoin, exigences et lecture de diagrammes SysML

    Difficulté 2 sur 5

    Lire un cahier des charges : besoin, mission principale, cas d’utilisation, exigences avec leur critère et leur niveau (valeur attendue, avec sa tolérance) ; reconnaître le rôle des principaux diagrammes SysML en lecture : cas d’utilisation (services rendus aux acteurs), exigences (performances attendues), définition de blocs (constituants du produit), blocs internes (flux de matière, d’énergie et d’information entre constituants), séquence (échanges dans le temps), états (comportement) ; vérifier si une performance mesurée ou simulée satisfait une exigence.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre une exigence (ce que le produit doit satisfaire, avec un critère et un niveau) et une solution technique (la façon de la satisfaire).
    • Chercher les flux d’énergie entre constituants dans le diagramme de définition de blocs, qui ne montre que la composition : ils se lisent dans le diagramme de blocs internes.
    • Déclarer une exigence satisfaite sans comparer la performance mesurée au niveau et à sa tolérance.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Difficulté 2 sur 5

    Un capteur prélève une grandeur physique et la traduit en un signal exploitable (souvent une tension) ; caractéristiques utiles : étendue de mesure (plage des valeurs mesurables), sensibilité (variation du signal de sortie par unité de la grandeur mesurée), résolution, précision, fonction de transfert et linéarité ; pour un capteur linéaire, signal = a × grandeur + b, d’où le calcul de la grandeur mesurée à partir du signal lu, et inversement.

    Prérequis : La chaîne d’information d’un objet technique, Fonctions linéaires et affines

    Erreurs typiques (3)
    • Confondre sensibilité (variation de sortie par unité mesurée) et résolution (plus petite variation détectable).
    • Oublier l’ordonnée à l’origine d’une fonction de transfert affine et calculer comme si le signal était proportionnel à la grandeur.
    • Exploiter une mesure hors de l’étendue de mesure du capteur.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Chaîne de puissance et chaîne d’information d’un produit

    Difficulté 2 sur 5

    Décrire l’organisation fonctionnelle d’un produit par deux chaînes en interaction : la chaîne de puissance (captation ou alimentation, stockage, distribution, modulation, conversion, adaptation, transmission de l’énergie jusqu’à l’effecteur) et la chaîne d’information (acquérir, traiter, communiquer), qui envoie des ordres à la chaîne de puissance ; représenter chaque chaîne par un schéma bloc ; repérer les flux de matière, d’énergie et d’information (MEI) entre constituants, et la nature de l’énergie entre deux blocs.

    Prérequis : La chaîne d’énergie d’un objet technique, La chaîne d’information d’un objet technique

    Erreurs typiques (3)
    • Ranger le variateur ou le relais avec les fonctions de conversion : ils modulent ou distribuent l’énergie sans en changer la forme.
    • Faire passer de l’énergie de la chaîne d’information vers la chaîne de puissance : la chaîne d’information envoie des ordres, la puissance vient de la source.
    • Confondre le réducteur (adaptation et transmission mécanique) avec le moteur (conversion électrique vers mécanique).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Choisir une solution ou un matériau par une matrice de comparaison multicritère

    Difficulté 2 sur 5

    Comparer plusieurs solutions (ou couples matériau-procédé) selon plusieurs critères pondérés (coût, masse, fiabilité, impact environnemental, ergonomie…) : chaque solution reçoit une note par critère, le score global est la somme des notes multipliées par les poids, la solution retenue est celle du meilleur score ; éliminer d’abord une solution qui ne satisfait pas une exigence impérative ; un choix de matériau est un compromis entre critères opposés.

    Prérequis : Familles de matériaux et choix selon leurs propriétés

    Erreurs typiques (3)
    • Additionner les notes sans les multiplier par les poids des critères.
    • Retenir le meilleur score alors que la solution ne satisfait pas une exigence impérative du cahier des charges.
    • Noter « coût » ou « masse » dans le mauvais sens : une note élevée doit toujours signifier « meilleur pour le produit ».

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Codage de l’information : binaire, hexadécimal, ASCII

    Difficulté 2 sur 5

    Changements de base binaire ↔ décimal (première) ; écriture hexadécimale (chiffres 0 à 9 puis A à F, un chiffre hexadécimal pour quatre bits) et conversion hexadécimal ↔ décimal ↔ binaire (terminale SIN) ; code ASCII d’un caractère ; identifier le type de codage d’une donnée issue d’un capteur ou d’une trame ; effets de la taille des données (dépassement de la plus grande valeur représentable).

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels

    Erreurs typiques (3)
    • Prendre le chiffre hexadécimal A pour 1 ou pour 11 : A vaut 10, F vaut 15.
    • Grouper les bits par quatre en partant de la gauche au lieu de la droite.
    • Lire un code hexadécimal comme un nombre décimal (0x20 vaut 32, pas 20).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Comportement à événements discrets : diagramme d’états

    Difficulté 3 sur 5

    Décrire le comportement séquentiel d’un produit par un diagramme d’états : états, état initial, transitions déclenchées par un événement (appui sur un bouton, seuil atteint par un capteur, fin d’une temporisation), éventuellement soumises à une condition ; suivre une suite d’événements à partir de l’état initial pour trouver l’état atteint ; relier le diagramme à l’algorithme du programme de commande.

    Prérequis : Opérateurs logiques ET, OU, NON dans un programme

    Erreurs typiques (3)
    • Changer d’état sur un événement qui ne correspond à aucune transition partant de l’état courant : un événement non prévu laisse le système dans son état.
    • Partir d’un autre état que l’état initial pour suivre la séquence.
    • Confondre l’état (situation qui dure) et l’événement (ce qui se produit à un instant et déclenche la transition).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Comportement à événements discrets : diagramme d’états

    Difficulté 3 sur 5

    Décrire le comportement séquentiel d’un produit par un diagramme d’états : états, état initial, transitions déclenchées par un événement (appui sur un bouton, seuil atteint par un capteur, fin d’une temporisation), éventuellement soumises à une condition ; suivre une suite d’événements à partir de l’état initial pour trouver l’état atteint ; relier le diagramme à l’algorithme du programme de commande.

    Prérequis : Opérateurs logiques ET, OU, NON dans un programme

    Erreurs typiques (3)
    • Changer d’état sur un événement qui ne correspond à aucune transition partant de l’état courant : un événement non prévu laisse le système dans son état.
    • Partir d’un autre état que l’état initial pour suivre la séquence.
    • Confondre l’état (situation qui dure) et l’événement (ce qui se produit à un instant et déclenche la transition).

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Contrainte normale et loi de Hooke en traction

    Difficulté 3 sur 5

    Pour une pièce sollicitée en traction ou en compression simple, contrainte normale σ = F / S (en pascals, le plus souvent en mégapascals : 1 MPa = 1 N/mm²) ; allongement relatif ε = ΔL / L₀ (sans unité) ; dans le domaine élastique, loi de Hooke σ = E·ε avec E le module d’Young du matériau ; la pièce reste dans le domaine élastique tant que σ ne dépasse pas la limite élastique ; comparer la contrainte à la limite élastique pour valider un dimensionnement.

    Prérequis : Forces et interactions, Familles de matériaux et choix selon leurs propriétés

    Erreurs typiques (3)
    • Laisser la section en mm² avec une force en N et annoncer des pascals : N/mm² donne des mégapascals.
    • Confondre l’allongement ΔL (une longueur) et l’allongement relatif ε (sans unité).
    • Appliquer la loi de Hooke au-delà de la limite élastique, où la déformation n’est plus proportionnelle à la contrainte.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Conversion analogique-numérique : quantum et résolution

    Difficulté 3 sur 5

    Un convertisseur analogique-numérique (CAN) de n bits associe à une tension d’entrée comprise entre 0 et sa valeur pleine échelle U_PE un nombre entier N compris entre 0 et 2ⁿ − 1 ; avec la convention q = U_PE / 2ⁿ, le quantum q est la plus petite variation de tension qui change le code, et N est la partie entière de U / q ; plus n est grand, plus la résolution est fine ; retrouver la tension correspondant à un code (U = N × q, au quantum près).

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels, Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Erreurs typiques (3)
    • Diviser la pleine échelle par n au lieu de 2ⁿ.
    • Arrondir N à l’entier le plus proche alors que la convention de l’énoncé demande la partie entière.
    • Croire que le code maximal vaut 2ⁿ : sur 10 bits, le plus grand code est 1023.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Conversion analogique-numérique : quantum et résolution

    Difficulté 3 sur 5

    Un convertisseur analogique-numérique (CAN) de n bits associe à une tension d’entrée comprise entre 0 et sa valeur pleine échelle U_PE un nombre entier N compris entre 0 et 2ⁿ − 1 ; avec la convention q = U_PE / 2ⁿ, le quantum q est la plus petite variation de tension qui change le code, et N est la partie entière de U / q ; plus n est grand, plus la résolution est fine ; retrouver la tension correspondant à un code (U = N × q, au quantum près).

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels, Capteur : étendue de mesure, sensibilité, fonction de transfert

    Erreurs typiques (3)
    • Diviser la pleine échelle par n au lieu de 2ⁿ.
    • Arrondir N à l’entier le plus proche alors que la convention de l’énoncé demande la partie entière.
    • Croire que le code maximal vaut 2ⁿ : sur 10 bits, le plus grand code est 1023.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Débit d’une liaison : débit maximal, débit utile, durée de transmission

    Difficulté 3 sur 5

    Débit binaire en bits par seconde (bit/s) ; durée de transmission d’un message = nombre de bits transmis / débit ; dans une liaison série asynchrone, chaque octet de données est encadré par un bit de départ (start), éventuellement un bit de parité, et un ou deux bits d’arrêt (stop) : ces bits de service réduisent le débit utile (bits de données transmis par seconde) par rapport au débit de la ligne ; lire une trame binaire et la convertir.

    Prérequis : Bit, octet et écriture binaire des entiers naturels

    Erreurs typiques (3)
    • Compter les octets au lieu des bits (oublier le facteur 8) dans le calcul d’une durée.
    • Calculer la durée avec les seuls bits de données en oubliant les bits de départ, d’arrêt et de parité réellement transmis.
    • Confondre débit de la ligne et débit utile.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Grandeurs effort et flux, puissance instantanée

    Difficulté 3 sur 5

    Dans chaque domaine, la puissance instantanée transmise est le produit d’une grandeur d’effort par une grandeur de flux : force et vitesse (P = F·v), couple et vitesse angulaire (P = C·ω), tension et intensité (P = U·I), pression et débit volumique (P = p·Q). Unités : N, m/s, N·m, rad/s, V, A, Pa, m³/s, W. Conversion d’une fréquence de rotation en vitesse angulaire : ω = 2π·N/60 (N en tr/min). Puissance moyenne et énergie transférée E = P·Δt.

    Prérequis : Énergie et puissance, Puissance et énergie électriques

    Erreurs typiques (3)
    • Multiplier un couple par une fréquence de rotation en tr/min : la vitesse angulaire doit être en rad/s (ω = 2π·N/60).
    • Oublier le facteur 2π et diviser seulement par 60.
    • Confondre le couple (effort, en N·m) et la puissance (en W) : un moteur à fort couple et faible vitesse peut être peu puissant.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Impacts environnementaux sur le cycle de vie d’un produit

    Difficulté 3 sur 5

    Phases du cycle de vie d’un produit (extraction et transformation des matières, fabrication, distribution, utilisation, fin de vie) ; additionner, pour un indicateur donné (par exemple les émissions de gaz à effet de serre en kilogrammes d’équivalent CO₂), les contributions de chaque phase, la phase d’utilisation se calculant à partir de l’énergie consommée et d’un facteur d’émission fourni ; repérer la phase prépondérante ; comparer deux solutions sur l’ensemble du cycle de vie et non sur une seule phase ; efficacité énergétique d’un produit.

    Prérequis : Cycle de vie d’un objet technique et incidences environnementales, Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Erreurs typiques (3)
    • Comparer deux produits sur leur seule phase d’utilisation, en oubliant la fabrication et la fin de vie.
    • Multiplier une puissance (et non une énergie) par le facteur d’émission exprimé par kilowattheure.
    • Additionner des grammes et des kilogrammes d’équivalent CO₂ sans les convertir.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901591A), annexe 1 « Programme d’innovation technologique et d’ingénierie et développement durable de première et d’ingénierie, innovation et développement durable de terminale STI2D » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe591annexe11063610pdf-84507.pdf)

  • Loi d’entrée-sortie d’un réducteur : vitesses et couples

    Difficulté 3 sur 5

    Rapport de transmission r = ω_sortie / ω_entrée d’un engrenage : sans glissement, les deux roues ont la même vitesse au contact et des dents de même pas, d’où r = Z_menante / Z_menée (en valeur absolue ; deux roues extérieures tournent en sens contraires) ; pour poulies et courroie, r = d_menante / d_menée ; le rapport d’un train de plusieurs étages est le produit des rapports ; la puissance se conserve aux pertes près, d’où le couple de sortie C_s = η·C_e·ω_e / ω_s : un réducteur diminue la vitesse et augmente le couple.

    Prérequis : Transmission et transformation de mouvement, Grandeurs effort et flux, puissance instantanée, Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Erreurs typiques (3)
    • Écrire r = Z_menée / Z_menante : la roue qui a le plus de dents tourne le moins vite.
    • Additionner les rapports des étages d’un train au lieu de les multiplier.
    • Croire qu’un réducteur augmente la puissance parce qu’il augmente le couple : la puissance de sortie est au mieux égale à celle d’entrée.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

  • Rendement d’un constituant et rendement global d’une chaîne

    Difficulté 3 sur 5

    Rendement d’un constituant η = P_utile / P_absorbée (sans unité, entre 0 et 1, souvent en pourcentage) ; puissance perdue P_absorbée − P_utile, le plus souvent dissipée en chaleur ; dans une chaîne de constituants en série, la puissance utile de l’un est la puissance absorbée du suivant, donc le rendement global est le produit des rendements ; retrouver la puissance à fournir en entrée pour une puissance utile imposée en sortie ; bilan énergétique et efficacité énergétique d’un produit.

    Prérequis : Énergie et puissance

    Erreurs typiques (3)
    • Additionner les rendements des constituants au lieu de les multiplier.
    • Écrire un rendement supérieur à 1 (ou à 100 %) : un constituant ne fournit jamais plus de puissance qu’il n’en reçoit.
    • Inverser le quotient (P_absorbée / P_utile) en cherchant la puissance d’entrée : on divise la puissance utile par le rendement.

    Source : BO spécial n°1 du 22 janvier 2019 — arrêté du 17 janvier 2019 (NOR MENE1901640A), annexe « Programme de sciences de l’ingénieur de première et terminale générales » (https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe640annexe1063436pdf-82092.pdf)

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