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Analyse fonctionnelle et structurelle d'un objet technique
Fonction d'usage et fonctions techniques, solutions techniques, diagramme fonctionnel, décrire la structure et le fonctionnement d'un objet, croquis, schémas et modélisation 3D (CAO)
À propos de cette page
Ce cours de technologie en troisième sur « Analyse fonctionnelle et structurelle d'un objet technique » suit le programme officiel de technologie de troisième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Besoin, fonction d'usage et fonction d'estime, Fonctions techniques et solutions techniques, Le diagramme FAST, Comparer et choisir des solutions techniques. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de troisième à réussir en technologie.
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Besoin, fonction d'usage et fonction d'estime
Un objet technique est conçu et fabriqué par l'être humain pour répondre à un besoin. L'analyser, c'est répondre à quatre questions : à quoi sert-il ? comment y parvient-il ? de quoi est-il fait ? comment le représenter ?
Fonction d'usage. Ce à quoi sert l'objet pour son utilisateur. On l'écrit avec un verbe à l'infinitif suivi d'un complément. Trottinette électrique : « déplacer une personne sur de courtes distances en ville ».
Fonction d'estime. Ce qui rend l'objet agréable ou désirable, sans changer ce qu'il permet de faire : forme, couleur, finition, marque, sensation au toucher. Elle est subjective : elle dépend des goûts de chacun.
Exemple. Une montre de sport à 15 € et une montre de luxe à 3 000 € ont la même fonction d'usage : indiquer l'heure. L'écart de prix vient surtout de la fonction d'estime (boîtier, marque, finition).
Attention ! La fonction d'usage ne se décrit ni par un composant (« elle a un moteur ») ni par une appréciation (« elle est belle »).
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Fonctions techniques et solutions techniques
Fonction technique. Action qu'une partie de l'objet doit réaliser pour que la fonction d'usage soit assurée. Elle s'écrit aussi avec un verbe à l'infinitif : stocker, freiner, guider, éclairer…
Solution technique. Moyen concret choisi pour réaliser une fonction technique : un composant, une pièce, un matériau, un programme. Elle s'écrit avec un nom.
Solution technique. Moyen concret choisi pour réaliser une fonction technique : un composant, une pièce, un matériau, un programme. Elle s'écrit avec un nom.
| Fonction technique (trottinette) | Solution technique retenue |
|---|---|
| stocker l'énergie | batterie lithium-ion de 36 V |
| convertir l'énergie électrique en mouvement | moteur électrique logé dans la roue arrière |
| ralentir et arrêter | frein à disque à l'avant, frein moteur à l'arrière |
| orienter la trajectoire | guidon solidaire de la fourche avant, qui pivote dans le tube de direction |
| supporter l'utilisateur | plateau en aluminium |
| signaler sa présence la nuit | phare avant et feu arrière à LED |
À savoir. Une même fonction technique peut être réalisée par plusieurs solutions : on peut freiner avec un frein à disque, à tambour, à patin ou avec le moteur. Le concepteur choisit selon le cahier des charges (section 4).
Attention ! Fonction = ce qu'il faut faire (verbe) ; solution = ce qui le fait (nom). « Batterie » n'est jamais une fonction ; « stocker l'énergie » n'est jamais une solution.
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Le diagramme FAST
Le diagramme FAST (de l'anglais Function Analysis System Technique) relie, de gauche à droite, la fonction d'usage, les fonctions techniques qui la réalisent, puis les solutions techniques retenues. Une fonction technique peut être découpée en sous-fonctions plus simples.
| Fonction d'usage | Fonctions techniques | Sous-fonctions | Solutions techniques |
|---|---|---|---|
| Déplacer une personne en ville | fournir l'énergie | stocker l'énergie | batterie lithium-ion 36 V |
| recharger la batterie | chargeur branché sur une prise 230 V | ||
| mettre la roue en mouvement | convertir l'énergie électrique en énergie mécanique | moteur-roue arrière de 350 W | |
| régler la vitesse | gâchette d'accélérateur et carte électronique | ||
| arrêter la trottinette | — | frein à disque avant |
Méthode de lecture. De gauche à droite, on se demande « comment ? » : comment déplacer une personne ? En fournissant l'énergie, en mettant la roue en mouvement… De droite à gauche, on se demande « pourquoi ? » : pourquoi une batterie ? Pour stocker l'énergie. Chaque solution doit se justifier par une fonction.
Au brevet. Le FAST est souvent donné incomplet : on remplit une case à partir d'un document (photo, nomenclature, texte). On regarde d'abord la colonne de la case vide : fonction (verbe) ou solution (nom) ?
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Comparer et choisir des solutions techniques
Pour choisir entre plusieurs solutions, on les compare selon des critères issus du cahier des charges : coût, masse, encombrement, efficacité, entretien, sécurité, impact sur l'environnement. On élimine d'abord toute solution qui ne respecte pas une exigence du cahier des charges ; on classe ensuite celles qui restent.
Tableau de choix pondéré. Chaque solution reçoit une note par critère ; chaque note est multipliée par le coefficient du critère (son importance) ; la solution qui obtient le plus grand total est retenue.
| Critère (coefficient) | Frein à disque | Frein à tambour | Frein à patin |
|---|---|---|---|
| efficacité (× 3) | 3 | 2 | 1 |
| entretien réduit (× 2) | 1 | 3 | 2 |
| faible coût (× 1) | 1 | 2 | 3 |
| Total | 3 × 3 + 1 × 2 + 1 × 1 = 12 | 2 × 3 + 3 × 2 + 2 × 1 = 14 | 1 × 3 + 2 × 2 + 3 × 1 = 10 |
Attention ! La meilleure solution sur un seul critère (ici le disque pour l'efficacité) n'est pas forcément la meilleure au total. Changer les coefficients peut changer le classement : c'est le cahier des charges qui les fixe.
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Décrire la structure : pièces, nomenclature, liaisons
Décrire la structure d'un objet, c'est dire de quoi il est fait et comment ses éléments sont assemblés. L'objet se décompose en sous-ensembles, eux-mêmes formés de pièces.
Deux documents. La vue éclatée montre les pièces écartées les unes des autres, dans l'ordre du montage, chacune repérée par un numéro. La nomenclature est le tableau qui liste ces pièces : repère, nombre, désignation, et souvent matière ou rôle.
| Rep. | Nb | Désignation (agrafeuse de bureau) | Rôle |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | socle avec enclume | supporter l'ensemble, replier les pointes de l'agrafe |
| 2 | 1 | magasin | contenir la barrette d'agrafes |
| 3 | 1 | poussoir | pousser les agrafes vers l'avant |
| 4 | 1 | ressort du poussoir | appuyer en permanence sur le poussoir |
| 5 | 1 | tête avec lame | éjecter une agrafe à chaque appui |
| 6 | 1 | axe d'articulation | permettre la rotation de la tête |
| 7 | 1 | ressort de rappel | remonter la tête après l'appui |
Liaisons. Une liaison décrit les mouvements possibles d'une pièce par rapport à une autre.
| Liaison | Mouvement possible | Exemple |
|---|---|---|
| encastrement (fixe) | aucun | plateau de la trottinette vissé sur le cadre |
| pivot | une seule rotation autour d'un axe | tête de l'agrafeuse autour de son axe, roue sur son essieu |
| glissière | une seule translation le long d'un axe | chariot d'une imprimante sur son rail |
| hélicoïdale | rotation et translation liées | vis dans un écrou : en tournant, elle avance |
Méthode. Pour trouver une liaison, on immobilise une pièce et on cherche ce que l'autre peut faire : tourner ? glisser ? les deux en même temps ? rien ? Une liaison est démontable (vis, écrou, clip) ou non démontable (soudure, rivet, collage).
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Décrire le fonctionnement
Décrire le fonctionnement, c'est expliquer, dans l'ordre, ce qui se passe quand on utilise l'objet : l'action de l'utilisateur, la réaction de chaque élément, l'effet obtenu.
| Question | Ce qu'on décrit | Outils |
|---|---|---|
| À quoi sert-il ? | la fonction d'usage | une phrase (verbe + complément) |
| Comment y parvient-il ? | les fonctions et solutions techniques | diagramme FAST |
| De quoi est-il fait ? | la structure | vue éclatée, nomenclature, liaisons |
| Comment fonctionne-t-il ? | le fonctionnement | texte ordonné, schéma de principe, diagramme de blocs |
Exemple : le fonctionnement de l'agrafeuse. On appuie sur la tête (5) : elle pivote autour de l'axe (6) et comprime le ressort de rappel (7). La lame de la tête pousse la première agrafe hors du magasin (2) ; ses pointes traversent les feuilles et se replient sur l'enclume (1). On relâche : le ressort (7) remonte la tête, et le ressort du poussoir (4) avance l'agrafe suivante.
Diagramme de blocs. Chaque bloc représente un élément de l'objet ; les flèches indiquent ce qui circule entre eux (énergie, information, matière). Les chaînes d'énergie et d'information, étudiées dans d'autres chapitres, s'appuient sur ce type de représentation.
Attention ! « L'agrafeuse comporte un ressort » décrit la structure ; « le ressort remonte la tête quand on relâche » décrit le fonctionnement.
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Croquis, schémas, dessins et échelles
| Représentation | Caractéristiques | À quoi elle sert |
|---|---|---|
| croquis à main levée | rapide, sans instruments, non normé, proportions approximatives | noter et comparer des idées en début de projet |
| schéma | simplifié, avec des symboles (normalisés en électricité) | montrer un principe, un circuit, un mouvement |
| carte heuristique | idées organisées en branches autour d'un mot central | organiser une analyse ou une recherche |
| dessin technique | précis, à l'échelle, avec des vues et des cotes | transmettre les dimensions pour fabriquer |
| modèle 3D (CAO) | objet virtuel, mesurable et modifiable | concevoir, vérifier, simuler, fabriquer |
Échelle. Rapport entre une dimension sur le dessin et la dimension réelle, écrit « dessin : réel ». À l'échelle 1:5, 1 mm sur le dessin représente 5 mm en réalité (réduction) ; à l'échelle 2:1, le dessin est deux fois plus grand que l'objet (agrandissement).
Réduction 1:k → réel = dessin × k. Agrandissement k:1 → réel = dessin ÷ k.
Réduction 1:k → réel = dessin × k. Agrandissement k:1 → réel = dessin ÷ k.
Exemple. Sur un plan à l'échelle 1:5, un trait mesure 42 mm : la longueur réelle vaut 42 × 5 = 210 mm. Une pièce réelle de 8 mm dessinée à l'échelle 5:1 mesure 8 × 5 = 40 mm sur le papier.
Attention ! Une cote indique toujours la dimension réelle, en millimètres, quelle que soit l'échelle du dessin.
Les vues. Un dessin technique montre l'objet sous plusieurs vues : de face, de dessus, de gauche. En projection européenne, la vue de dessus se place sous la vue de face et la vue de gauche à droite de la vue de face. La perspective donne une image en relief, plus parlante mais moins précise pour fabriquer.
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La modélisation 3D (CAO)
CAO (conception assistée par ordinateur). Un logiciel de modélisation volumique (modeleur 3D) permet de créer le modèle numérique de chaque pièce, puis de les assembler.
| Fonction | Ce qu'elle fait | Exemple |
|---|---|---|
| extrusion | ajoute de la matière en « tirant » une esquisse perpendiculairement à son plan | un rectangle devient un pavé |
| révolution | fait tourner une esquisse (un profil) autour d'un axe | un profil devient une bouteille, une poulie |
| enlèvement de matière | retire de la matière (poche, perçage) à partir d'une esquisse | un cercle devient un trou |
| congé, chanfrein | arrondit ou coupe en biais une arête | supprimer un angle vif |
Exemple. Une esquisse rectangulaire de 60 mm × 40 mm extrudée sur 5 mm donne un volume de 60 × 40 × 5 = 12 000 mm³, soit 12 cm³ (1 cm³ = 1 000 mm³). Si l'on indique la matière, le logiciel calcule aussi la masse.
Pourquoi modéliser ? Modifier une cote met à jour tout le modèle ; on vérifie que les pièces s'assemblent sans se chevaucher ; on calcule volume et masse ; on simule un mouvement ; on prépare la fabrication (fichier pour l'impression 3D ou l'usinage) sans gaspiller de matière.
Limite. Le modèle n'est pas l'objet : matière réelle, défauts de fabrication, remplissage partiel d'une pièce imprimée créent des écarts entre la simulation et le réel. On les mesure lors des essais et on les compare au cahier des charges.
En bref
- Fonction d'usage : à quoi sert l'objet (verbe à l'infinitif) ; fonction d'estime : ce qui le rend désirable (subjectif).
- Fonction technique (verbe) : ce qu'une partie doit faire ; solution technique (nom) : ce qui le fait.
- FAST : de gauche à droite « comment ? », de droite à gauche « pourquoi ? ».
- On écarte les solutions hors cahier des charges, puis on classe les autres par critères pondérés (note × coefficient).
- Structure : sous-ensembles, pièces, vue éclatée, nomenclature, liaisons (encastrement, pivot, glissière, hélicoïdale). Fonctionnement : ce qui se passe, dans l'ordre.
- Croquis (idée), schéma (principe), dessin coté (fabrication), CAO (modèle 3D : esquisse cotée → extrusion, révolution, enlèvement). Échelle 1:k : réel = dessin × k ; une cote donne toujours la dimension réelle.
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