TECHNOLOGIE | 4° | Étape 6entraînement

Je m'interroge

1. Énoncez les actions que doit effectuer une personne pour utiliser un ascenseur. (Doc. 1)Il s'agit ici de dégager des actions visant à être intégrées dans un programme : Demanderl'arrivée de l'ascenseur, pénétrer dans l'ascenseur, sélectionner l'étage...

2. Recherchez l'élément que doit posséder un automobiliste pour pénétrer dans ce parking. (Doc. 2)

L'élément est un badge ici mais ce pourrait être un distributeur de tickets. Ce document permettra d'engager la réflexion sur les différents modes d'acquisition de signaux. Le mode d'acquisition du document 1 est en effet différent de celui du document 2.

3. Repérez le nombre de boissons que peut choisir l'utilisateur. (Doc. 3)L'utilisateur aura dix-sept choix de boissons. Ce document permet d'engager une réflexion sur la chaîne d'informations (acquérir des données, les traiter et les transmettre), puisque cette notion est nouvelle pour l'élève.

1. Les systèmes automatisés et leur chaîne d'énergie.Quel est le rôle des éléments de la chaîne d'énergie d'un système automatisé ?

► La représentation fonctionnelle d'un système automatiséDoc. 1 Une machine à laver la vaisselleLe choix de ce système, faisant partie de l'environnement de l'élève, lui permettra de réfléchir en termes de ce qui « entre » dans le système et de ce qui « en sort ». Les deux croquis de représentation fonctionnelle seront l'occasion de schématiser l'aboutissement de cette réflexion.

1. Indiquez les températures possibles de chauffage de l'eau et repérez les deux voyants de niveau de matières consommables (a).

Les températures possibles de chauffage de l'eau sont : 70°, 65°, 50° et 35°.Les deux voyants sont les deux derniers superposés, à droite des photographies. Ils permettent à l'utilisateur de repérer si des matières consommables doivent être ajoutées (produit de rinçage ou sel régénérant).

2. Énoncez trois actions de l'utilisateur qui seront traitées par le système (c).Cette question vise à la lecture du circuit informationnel. Les actions sont donc : le choix du programme de lavage, le rajout de matières consommables et la mise en fonctionnement.

► La structure d'un système automatiqueDoc. 2 Un portail automatiséOn identifiera à partir de ce portail les deux parties que sont la chaîne d'informations et la chaîne d'énergie, et leurs fonctions respectives. Les notions de « partie commande » et de «

Les systèmes automatiquesL'évolution des objets techniquesLes systèmes automatiques

partie opérative » permettront la compréhension du fonctionnement et seront délaissées au profit des notions de « chaîne d'informations » et de « chaîne d'énergie ».

1. Identifiez les actions attendues par l'utilisateur du portail.L'utilisateur du portail doit pouvoir ouvrir celui-ci avec un badge magnétique ou une télécommande, sans sortir de son véhicule. Il attend aussi que le portail se refermeaprès le passage de son véhicule.

2. Nommez un élément de la partie commande et un élément de la partie opérative de ceportail.

La lecture du document permet d'identifier le boîtier de commande comme élémentde la partie commande et le moteur électrique comme élément de la partie opérative.

► Les fonctions techniques d'une chaîne d'énergieDoc. 3 Un sèche-mains électriqueLe sèche-mains électrique est un autre système automatisé connu de l'élève et parfois présent dans un collège. Le modèle présenté est un modèle récent, pour lequel on pourra trouver des informations complémentaires sur les sites : www.dyson.com/airblade et www.dysonairblade.fr. Il s'agit avec ce système d'identifier les fonctions techniques (alimenter, distribuer, convertir et transmettre) de la chaîne d'énergie. Par ailleurs, la chaîne d'énergie est connue de l'élève depuis la classe de 5e, où il a pu acquérir la capacité « identifier sur un objet technique, les différents éléments de la chaîne d'énergie et les repérer sur un schéma structurel ».

1. Identifiez la nature de l'énergie d'entrée de ce système (a).La nature de l'énergie d'entrée est électrique.

2. Nommez les quatre fonctions techniques de la chaîne d'énergie d'un système automatique (b).

Les quatre fonctions techniques sont : alimenter, distribuer, convertir et transmettre.

3. Repérez l'action du système (a et b).Le système permet le passage de l'état « mains humides » à l'état « mains sèches », il permet donc le séchage des mains. On peut préciser que ce séchage se fait en 10 secondes, avec un filet d'air pulsé à plus de 640 km/h.

► Les différents éléments de la chaîne d'énergieDoc. 4 Les éléments de la chaîne d'énergie du sèche-mains électriqueIl ne s'agit pas, comme le précise le programme, de faire une liste exhaustive de tous les éléments qui peuvent composer les fonctions techniques d'une chaîne d'énergie, mais bien d'identifier les éléments qui la composent à partir d'observations de systèmes ou de maquettes,pour comprendre la logique globale de leurs fonctionnements.Une des particularités de ce sèche-mains est qu'il ne produit pas d'air chaud contrairement aux sèche-mains traditionnels. C'est pour cette raison que cet élément ne figure pas dans la chaîne d'énergie.

1. Nommez les éléments qui assurent les fonctions distribuer, convertir et transmettre (aet b).

Fonctions techniques de lachaîne d'énergie

Éléments qui la composent

Distribuer Un régulateur permet l'adaptation de l'énergie d'entrée au fonctionnement du moteur.

Convertir Le ventilateur et le compresseur permettront de transmettre cet airpuisé aux fentes.

Transmettre Les gaines et les fentes.

2. Recherchez les rôles respectifs du ventilateur et du compresseur (a et b).Le ventilateur va produire le courant d'air pulsé, grâce à la rotation de ses pales et le compresseur va comprimer cet air pour lui permettre d'atteindre la vitesse attendue de 640 km/h.

2. La chaîne d'informations.Comment la partie commande et la partie opérative communiquent-elles ?

► La circulation des informations entre la partie commande et la partie opérativeDoc. 1 Une station de pompage d'un château d'eauCe document met en évidence, grâce à un schéma simple et une animation du fonctionnement de la station de pompage, le rôle des capteurs et d'un programme dans la circulation des informations entre la partie commande et la partie opérative. Il est conseillé de répondre aux questions après avoir vu l'animation.

1. Indiquez le nom du capteur actionné si le flotteur est en position haute.Si le flotteur est en position haute, le capteur actionné sera celui nommé S2.

2. Précisez dans ce cas l'information envoyée par la partie opérative à la partie commande.

Dans ce cas, l'information qui sera envoyée par la partie opérative à la partie commande sera l'indication de position du flotteur, dans la partie haute.

3. Précisez, suite à cette information reçue, quel sera l'ordre envoyé au moteur par la partie commande.

Suite à cette information reçue, l'ordre envoyé au moteur sera son arrêt, puisque le niveau d'eau est maximum dans le réservoir.

► Le rôle des capteursDoc. 2 Un monte-escalier automatiqueLes capteurs permettent d'acquérir des informations par différents procédés. Le système présenté sur ce document permet d'acquérir des informations par contact, pour des raisons de sécurité (arrêt de fonctionnement en cas de rencontre d'obstacle, pour éviter une chute). On

pourra observer le fonctionnement d'un monte-escalier sur le site www.acornmonteescalier.eu/fr/index.php qui propose une vidéo.Toutefois, il sera intéressant de revenir sur les documents des pages précédentes (portail, sèche-mains électrique et pages d'introduction du chapitre) pour identifier le rôle des capteurs utilisés et le procédé d'acquisition de l'information. Les élèves pourront utiliser l'annexe 5 page114 pour identifier le rôle des capteurs existants.

1. Nommez une information acquise par les capteurs de sécurité.Les informations acquises peuvent être : élément qui se coince entre l'escalier et lerepose-pied, objet qui dévale l'escalier, chute de l'utilisateur... Toutes ces informations visent à l'arrêt du monte-escalier pour la sécurité de l'utilisateur.

2. Identifiez le procédé d'acquisition de l'information de ces capteurs.Le procédé d'acquisition de l'information se fait par contact entre l'élément et le capteur qui provoquera l'arrêt du système.

► Les fonctions techniques d'une chaîne d'informationsDoc. 3 Un système de lavage automatique de voituresIl s'agit ici, avec un système connu de l'élève, d'identifier les fonctions techniques de la chaîne d'informations. L'élève a vu précédemment que le capteur permettait d'acquérir des informations, ces informations doivent être ensuite traitées en fonction d'un programme et communiquées à la partie opérative pour agir sur le système.

1. Nommez les deux actions de l'utilisateur qui seront acquises au début de la chaîne d'informations (a et b).

Les deux informations acquises au début de la chaîne d'informations sont le choix du programme et le paiement correspondant au programme choisi. Si ces deux conditions ne sont pas remplies, le système ne fonctionnera pas.

2. Identifiez les trois fonctions de la chaîne d'informations (b).Les trois fonctions sont : acquérir, traiter, communiquer.

► Les différents éléments de la chaîne d'informationsDoc. 4 Des éléments de la chaîne d'informations du système de lavageOn observera un peu plus précisément le fonctionnement de ce système grâce à la vidéo. Toutefois, comme pour la chaîne d'énergie, il ne s'agira pas de nommer tous les éléments possibles pouvant constituer la chaîne d'informations. Les éléments de la chaîne d'informations seront le plus souvent des cartes électroniques, qui ne devront pas être plus détaillées pour l'élève.

1. Identifiez le rôle des capteurs (a et b).Le capteur de présence de la carrosserie permet de connaître le profil de la voitureet de lancer le programme.Le capteur de présence des roues permet de connaître leur position.

2. Identifiez sur la vidéo « lavage voiture » deux informations reçues par la partie

commande à partir des capteurs. Précisez leur effet sur la partie opérative.Les informations reçues sont la présence des roues et de la carrosserie. Leur effetsur la partie opérative est le lancement de la rotation des brosses et leur approche(vers les roues) ou leur trajet suivi en fonction du modèle de voiture lavée.

Remarque : le capteur de présence de la carrosserie visible dans la doc. 4 et la vidéo ne concerne que le système de séchage.

3. L'acquisition d'informations.Comment un capteur acquiert et transmet des informations ?

► Une acquisition de signal optiqueDoc. 1 Un détecteur optique de fuméeLe détecteur de fumée pourra être présent dans le laboratoire. Il détecte un signal optique grâce à la photodiode, uniquement en présence de fumée. Une souris optique d'ordinateur est unautre exemple d'acquisition désignai optique.

1. Nommez les éléments qui constituent le capteur du détecteur de fumée.Les éléments sont la photodiode et la diode électroluminescente.

2. Repérez en quel signal la photodiode transforme le signal optique qu 'elle reçoit de la diode.

Le signal optique est transformé en signal électrique envoyé vers un buzzer pour émettre un signal sonore et ainsi avertir les occupants de l'habitation du danger.

► Une acquisition de données par lecture magnétiqueDoc. 2 Un ticket de métro avec bande magnétiqueLe ticket de métro avec une bande magnétique, ou toute carte de paiement ou de contrôle d'accès (télésièges, téléskis, parking...) permet un enregistrement d'informations sur cette piste magnétique, qui sont le plus souvent transformées en signal électrique lors de la lecture.

1. Nommez l'élément du ticket de métro qui émet un signal magnétique.L'élément qui émet un signal magnétique est une piste ou bande magnétique.

2. Identifiez le nom du lecteur du signal magnétique.Le lecteur du signal magnétique est un détecteur de champ magnétique.

► Une acquisition de signal par saisieDoc. 3 Un système de régulation de chauffage centralLe système automatisé connu de l'élève permet de voir que par saisie, en l'occurrence d'une température, on influe sur la mise en service ou non d'une chaudière. L'ascenseur et le distributeur de boissons (pages 72 et 73) sont deux autres systèmes d'acquisition de signaux par saisie.

1. Indiquez le moyen de saisir une température d'ambiance.La température d'ambiance se saisit avec des touches qui permettent d'augmenter

ou de diminuer la température choisie sur le thermostat.

2. Identifiez la grandeur physique mesurée par le régulateur.La grandeur physique mesurée par le régulateur est une température en degrés Celsius.

► L'information numérique et l'information analogiqueDoc. 4 Un thermomètre avec capteur de température (thermocouple)Les signaux transmis par un capteur peuvent être de trois types :

• Logiques : Ce sont les capteurs TOUT ou RIEN, qui peuvent prendre deux états (0 ou 1), comme les capteurs de présence par exemple. Ce type de signal n'est pas traité dans le chapitre, car il ne fait pas partie des connaissances du programme.• Numériques : Les signaux de sortie sont sous la forme d'un nombre représentatif du niveau de l'information d'entrée.• Analogiques : Le signal est une grandeur physique proportionnelle à l'information (grandeur thermique, électrique, force...).

1. Identifiez la forme du signal transmis lors de la prise de température et lors de la lecture du résultat.

Le signal transmis lors de la prise de température est un signal analogique.Le signal transmis lors de la lecture du résultat est un signal numérique.Le signal analogique a été transformé en signal numérique.

TECHNOLOGIE | 4° | Étape 6réinvestissement

. L'étude d'un détecteur de mouvement dans une piscinea. Dessinez les croquis du circuit d'alimentation énergétique et du circuit informationnel du détecteur de mouvement.

Croquis du circuit d'alimentation énergétique Croquis du circuit informationnel

b. Tracez de manière schématique les fonctions techniques de la chaîne d'énergie.

Les systèmes automatiquesL'évolution des objets techniquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiquesLes systèmes automatiques

c. Indiquez sous chaque fonction technique l'élément qui la compose.

d. Tracez de manière schématique les fonctions techniques de la chaîne d'informations.

e. Associez à chaque fonction technique de cette chaîne l'élément qui la compose.

f. Justifiez l'utilisation de deux systèmes pour une piscine de 6 m x 12 m.La justification peut se faire avec le théorème de Pythagore, qui est au programme de 4e en mathématiques :

Le détecteur qui a un rayon d'action de 7 m, ne pourra pas couvrir l'ensemble de la piscine. Deux détecteurs seront donc nécessaires.Si les élèves n'ont pas encore appris ce théorème au moment de la réalisation de l'exercice, on peut leur faire tracer un rectangle de 6 cm sur 12 cm, positionner le détecteur sur la moitié de la longueur et tracer un cercle de rayon 7 cm et de centre la position du détecteur. On s'aperçoit que le demi-cercle ne recouvre pas latotalité de la surface du rectangle.

7. Le séchage d'une voiture après lavage dans un système automatique

b. Nommez l'élément qui effectue l'action attendue.L'effecteur est le compresseur et les fentes.

c. Déterminez la position des capteurs permettant à l'effecteur de suivre le profil de lavoiture.

Les trois capteurs sont positionnés aux deux extrémités du compresseur. Le décalage en hauteur des capteurs permet d'acquérir l'information sur la longueur et la hauteur du véhicule. Le décalage dans le sens de la largeur permet d'acquérir l'information des vitres avant et arrière du véhicule.

d. Indiquez quel est le mode d'acquisition de signal de ce système automatique.Le mode d'acquisition de signal est optique.

8. L'étude d'un détecteur magnétique de véhicules

a. Connectez-vous au site http://www.multiprox.be/fr/538_3455.htm et recherchez les utilisations le ce système.

le système permet la détection de présence ou d'absence de grands objets métalliques.Il est utilisé dans les cas suivants :

-systèmes de signalisation d'embouteillage;- installations de feux de signalisation;- installations à barrière dans des parkings à étages ou sous-sol;- portiques de lavage de voitures, drive-in de restaurants rapides;- détection de camions aux docks d'embarquement ou dans des centres de distribution.

b. Recopiez et complétez le deuxième schéma du fonctionnement du système.

Remarque : La réponse dépend du document visionné par l'élève. Cette question concerne le site dans le prolongement de la question a. Toutefois, la réponse sera différente si l'élève se réfère à la vidéo de son cédérom. Sur le site de nombreux éléments sont cités comme l'ouverture de la barrière. Sur la vidéo, la présence d'un camion à quai provoque l'allumage d'une lampe rouge à l'intérieur de l'entrepôt.

d. Nommez l'élément qui permet d'acquérir les informations.L'élément qui permet d'acquérir les informations est le détecteur magnétique de véhicule.

e. Identifiez l'action attendue par l'utilisateur du système.

L'action attendue de ce système est l'allumage d'une lampe à l'intérieur de l'entrepôt pour prévenir delà présence d'un camion.

f. Recherchez une raison pour laquelle la porte de l'entrepôt ne s'ouvre pas à l'arrivée du camion.

La porte de l'entrepôt ne s'ouvrira pas à l'arrivée du véhicule pour des raisons de sécurité. La personne responsable devra vérifier si le camion est bien celui attendu pour le chargement ou le déchargement.

g. Recopiez le schéma de la chaîne d'énergie ci-des sou s et complétez-le.

Associez à chaque fonction technique de cette chaîne l'élément qui la compose.

Fonctions techniques de lachaîne d'énergie

Éléments qui la composent

Alimenter Câbles électriques

Distribuer Détecteur magnétique et carte électronique

Convertir Ampoule électrique

Transmettre Réflecteur, globe autour de la lampe

- Identifiez la nature du signal acquis par le capteur.Le signal acquis par le capteur est un signal magnétique.

- Identifiez la nature de l'information transmise à la lampe dans l'entrepôt.La nature de l'information transmise à la lampe est une information analogique.