Objets et systèmes techniques : usages, fonctionnement, conception (programme 2024, orientation 4e)
Technologie · 4e
L’essentiel
Le programme de technologie du cycle 4 (BO n°9 du 29 février 2024) s'organise en trois thèmes : les usages et les interactions des objets techniques ; leur structure, leur fonctionnement et leur comportement ; la création, la conception et l'innovation. En 4e, on approfondit la composition interne des objets, les chaînes d'énergie et d'information, l'architecture des réseaux locaux, le dépannage et un projet qui ajoute une fonctionnalité à un objet existant.
USAGES ET CONTRAINTES. Un OBJET TECHNIQUE répond à un BESOIN (se déplacer, communiquer, s'éclairer) en remplissant une FONCTION D'USAGE. Il doit respecter des CONTRAINTES : de sécurité (normes), de coût, d'environnement (matériaux recyclables, consommation), d'ergonomie, d'esthétique. Le CAHIER DES CHARGES liste ces exigences avant de concevoir. Un même besoin a reçu des réponses différentes selon les époques : la lampe à huile, l'ampoule à incandescence, la LED, c'est l'évolution des objets techniques, poussée par les découvertes scientifiques et les attentes de la société.
COMPOSITION INTERNE : CHAÎNES D'ÉNERGIE ET D'INFORMATION. Pour comprendre un objet, on le décompose en deux chaînes. La CHAÎNE D'ÉNERGIE : alimenter (pile, batterie, secteur), distribuer (interrupteur, relais), convertir (moteur, lampe, résistance chauffante), transmettre (engrenages, courroie, roues). La CHAÎNE D'INFORMATION : acquérir (CAPTEURS de lumière, de température, de distance, boutons), traiter (carte programmable, microcontrôleur), communiquer (ordre envoyé aux ACTIONNEURS : moteur, haut-parleur, voyant). Dans une porte de garage automatique, le capteur détecte la télécommande, le programme vérifie et commande le moteur, qui, par une chaîne, soulève la porte ; un second capteur arrête tout si un obstacle est détecté. Lire un schéma de ces chaînes, c'est savoir où chercher une panne.
MATÉRIAUX ET PROCÉDÉS. Les matériaux (métaux, plastiques, bois, composites, céramiques) sont choisis pour leurs propriétés : résistance, légèreté, conductivité, coût, recyclabilité. Les procédés de fabrication vont de l'usinage traditionnel à la découpe laser et à l'IMPRESSION 3D, qui dépose de la matière couche par couche d'après un modèle numérique. Le PROTOTYPAGE consiste à fabriquer vite une première version pour la tester et la corriger.
RÉSEAUX LOCAUX. Au collège comme à la maison, les ordinateurs, tablettes et objets connectés forment un RÉSEAU LOCAL. Chaque appareil y a une ADRESSE IP (quatre nombres, comme 192.168.1.24) qui l'identifie. Ils sont reliés par câble ETHERNET ou par WI-FI à un COMMUTATEUR (switch), qui aiguille les données entre eux ; le ROUTEUR (dans la « box ») relie le réseau local à Internet et partage une seule adresse publique. Un SERVEUR rend des services (stockage de fichiers, impression) ; le DNS traduit les noms de sites en adresses IP. Un pare-feu filtre ce qui entre et sort. Savoir dessiner le schéma d'un réseau local et expliquer le chemin d'une donnée est un attendu de 4e.
DÉPANNER ET AMÉLIORER. Face à une panne, on suit un PROTOCOLE : observer les symptômes, formuler une hypothèse, tester une chose à la fois, remonter la chaîne (l'alimentation arrive-t-elle ? le capteur répond-il ? le programme s'exécute-t-il ?), consigner ce qu'on a fait. Réparer plutôt que jeter est aussi une contrainte environnementale. Le PROJET de 4e consiste à AJOUTER UNE FONCTIONNALITÉ À UN OBJET EXISTANT : un détecteur de luminosité qui allume une lampe, un capteur de distance qui fait s'arrêter un robot, un affichage de température sur une station météo. On programme pour cela une carte à microcontrôleur par blocs ou en texte : lire le capteur, décider (si… alors…), agir sur l'actionneur, et on documente le travail en équipe.
Repères
| Date | Événement |
|---|---|
| BO n°9 du 29 février 2024 | programme de technologie du cycle 4, appliqué en 4e depuis la rentrée 2025 |
| Chaîne d’énergie | alimenter → distribuer → convertir → transmettre |
| Chaîne d’information | acquérir (capteurs) → traiter (carte programmable) → communiquer (actionneurs) |
| Adresse IP | identifiant d’une machine sur un réseau, quatre nombres (par exemple 192.168.1.24) |
| Commutateur et routeur | le commutateur relie les machines du réseau local, le routeur relie ce réseau à Internet |
| Projet de 4e | ajouter une fonctionnalité à un objet existant, avec capteur, programme et actionneur |
Questions corrigées
1. Qu'est-ce qu'un cahier des charges ?
Réponse : La liste des fonctions et des contraintes qu'un objet doit respecter, écrite avant de le concevoir
Besoin, fonction d'usage, contraintes de sécurité, de coût, d'environnement, d'ergonomie : tout est écrit avant la conception. On s'y réfère ensuite pour vérifier que le prototype répond à la commande.
2. Dans la chaîne d'information d'un objet, quel est le rôle d'un capteur ?
Réponse : Acquérir une information sur l'environnement (lumière, température, distance, appui) et la transmettre au traitement
Le capteur est le sens de l'objet. L'information va à la carte programmable, qui décide et commande les actionneurs (moteur, voyant, haut-parleur). Capteur → traitement → actionneur.
3. Quels sont, dans l'ordre, les quatre blocs d'une chaîne d'énergie ?
Réponse : Alimenter, distribuer, convertir, transmettre
La pile alimente, l'interrupteur distribue, le moteur convertit l'énergie électrique en mouvement, les engrenages transmettent ce mouvement aux roues. La chaîne d'information, elle, acquiert, traite et communique.
4. À quoi sert une adresse IP ?
Réponse : À identifier chaque machine sur un réseau pour que les données lui parviennent
Comme une adresse postale pour le courrier. Dans un réseau local, les adresses ressemblent à 192.168.1.x. Le DNS fait le lien entre un nom de site et son adresse IP.
5. Quelle est la différence entre un commutateur (switch) et un routeur ?
Réponse : Le commutateur relie entre elles les machines du réseau local ; le routeur relie le réseau local à Internet
Le commutateur aiguille les données entre les machines de la maison ou du collège. Le routeur, souvent intégré à la box, fait sortir et entrer les données vers Internet et partage une seule adresse publique.
6. Face à un objet en panne, quelle est la bonne méthode ?
Réponse : Observer les symptômes, faire une hypothèse, tester une seule chose à la fois en remontant la chaîne, et noter ce qu'on a fait
Un protocole de dépannage évite de casser ce qui marche. On vérifie d'abord l'alimentation, puis les capteurs, puis le programme, puis les actionneurs. Et on garde une trace pour la prochaine fois.
7. Qu'est-ce que l'impression 3D ?
Réponse : Un procédé qui fabrique un objet en déposant de la matière couche par couche d'après un modèle numérique
Le modèle est dessiné sur ordinateur, découpé en tranches par un logiciel, puis l'imprimante dépose du plastique fondu tranche après tranche. Idéal pour le prototypage : on teste, on corrige, on réimprime.
S’entraîner
Des exercices neufs à chaque séance, avec correction, sur l’application du 4e (elle fonctionne sans connexion).