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Évolution des objets : besoins, fonctions et principes techniques
Objet technique, besoin et fonction d’usage ; pourquoi les objets évoluent : besoins, inventions, innovations, développement durable ; fonction technique, solution technique et principe technique ; comparer deux principes techniques pour une même fonction ; ranger des objets dans l’ordre chronologique.
À propos de cette page
Objet technique, besoin et fonction d’usage
Une gourde, une perceuse, un réfrigérateur, un vélo : aucun de ces objets n’existe dans la nature. Des êtres humains les ont imaginés et fabriqués pour répondre à un besoin. Avant de comprendre comment un objet fonctionne et pourquoi il change, on commence par dire à quoi il sert.
• Un besoin est ce qui est nécessaire ou souhaité par une personne : se nourrir, se déplacer, s’éclairer, communiquer, se protéger, se divertir…
• La fonction d’usage dit à quoi sert l’objet pour son utilisateur. Elle s’écrit avec un verbe à l’infinitif suivi d’un complément : une perceuse sert à « percer des trous ».
• Un même besoin peut être satisfait par des objets différents (se déplacer : vélo, trottinette, voiture) ; un même objet peut répondre à plusieurs besoins (le smartphone sert à communiquer, à s’informer, à se divertir).
• Se servir d’un objet pour autre chose que sa fonction d’usage, c’est un usage détourné : un pot de confiture vide qui sert de tirelire.
Du besoin à la fonction d’usage
| Besoin | Objet technique | Fonction d’usage |
|---|---|---|
| se déplacer en ville | vélo | transporter une personne qui pédale |
| conserver les aliments | réfrigérateur | garder les aliments au froid |
| s’éclairer la nuit | lampe de chevet | éclairer une partie de la chambre |
| communiquer à distance | téléphone | transmettre la voix à distance |
| se lever à l’heure | réveil | sonner à l’heure choisie |
La perceuse. Lou veut fixer une étagère au mur : c’est son besoin. La perceuse est l’objet technique qui y répond ; sa fonction d’usage : « percer des trous dans un mur ou dans une planche ».
Bien formuler. « Le taille-crayon a une lame » décrit une pièce ; « Le taille-crayon est petit » est un jugement. La fonction d’usage, c’est « tailler la pointe des crayons ».
Naturel ou technique ? Un coquillage posé sur un bureau pour retenir des feuilles reste un objet naturel : il a seulement un usage. Le presse-papier en verre vendu dans une boutique est un objet technique : il a été fabriqué.
Réflexe — pour trouver la fonction d’usage, je me demande « À quoi sert cet objet pour celui qui l’utilise ? » et je réponds par un verbe à l’infinitif + un complément, sans citer de pièce.
Attention — la fonction d’usage ne se décrit ni par une pièce (« il a une batterie ») ni par un jugement (« il est pratique », « il est joli »). Et un objet naturel qu’on utilise (pierre, bâton) n’est pas pour autant un objet technique : il n’a pas été fabriqué.
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Pourquoi les objets évoluent : besoins, inventions, innovations
Il y a cent cinquante ans, on s’éclairait à la lampe à pétrole ; aujourd’hui, avec des lampes LED. Les objets changent sans cesse : parce que les besoins des humains changent, et parce que de nouvelles idées et de nouvelles techniques apparaissent.
• Une invention est une idée nouvelle, une découverte scientifique ou technique, qui permet de créer un objet ou une solution technique qui n’existait pas. Exemple : le téléphone d’Alexander Graham Bell, en 1876.
• Une innovation est une amélioration de ce qui existe (ou une invention mise au point) qui est commercialisée et adoptée par les utilisateurs. Une invention que personne n’achète n’est pas une innovation.
• Le développement durable consiste à répondre aux besoins du présent sans compromettre ceux des générations futures : des objets qui consomment moins d’énergie et de ressources, durent plus longtemps, se réparent et se recyclent.
• Les causes d’une évolution : un nouveau besoin ou un nouveau mode de vie ; une découverte scientifique ; un nouveau matériau ; une nouvelle source d’énergie ; le développement durable (et les lois qui l’imposent) ; la sécurité, le confort, le prix.
Invention ou innovation ?
| Ce qui se passe | Exemple | |
|---|---|---|
| Invention | quelque chose qui n’existait pas est créé | le téléphone de Bell (1876) transmet la voix par un fil |
| Innovation | une amélioration est vendue et adoptée | le téléphone devient portable : premier modèle vendu en 1983 |
Le smartphone. L’iPhone, présenté en 2007, n’est pas le premier téléphone à écran tactile : ce n’est pas une invention. Il réunit un téléphone, un baladeur et l’accès à Internet dans un seul objet que des millions de personnes ont acheté : c’est une innovation.
Le baladeur. Le Walkman de Sony (1979) lit des cassettes, tient dans la main et fonctionne avec deux piles : il répond à un nouveau besoin, écouter sa musique en se déplaçant.
Les ampoules. Dans l’Union européenne, les ampoules à incandescence classiques ont été retirées de la vente par étapes, entre 2009 et 2012, parce qu’elles perdent la plus grande partie de l’énergie en chaleur. Cause de l’évolution : le développement durable (économiser l’énergie), imposé par une loi.
Réflexe — pour expliquer l’évolution d’un objet, je cherche ce qui a changé (besoin, découverte, matériau, énergie, loi), puis je me demande : a-t-on créé ce qui n’existait pas (invention) ou amélioré un objet que les gens ont adopté (innovation) ?
Attention — invention et innovation ne sont pas synonymes. Un inventeur qui dépose le plan d’une machine que personne ne fabrique a fait une invention, pas une innovation. Et une innovation peut ne rien inventer : elle peut seulement réunir ou améliorer des techniques connues.
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Fonction technique, solution technique et principe technique
Pour rendre son service, un objet réalise plusieurs actions, avec des pièces qui fonctionnent grâce à des phénomènes scientifiques. On distingue trois mots : la fonction technique (ce qu’il faut faire), la solution technique (avec quoi) et le principe technique (comment ça marche).
• Une solution technique est l’élément concret (pièce, composant, matériau) qui réalise une fonction technique. Elle s’écrit avec un nom.
• Le principe technique explique de quelle manière la solution fonctionne : quel phénomène scientifique ou quelle technique elle utilise (frottement, combustion, transformation d’une énergie en une autre, dilatation (un matériau prend plus de place quand il chauffe), réflexion de la lumière…).
• Une même fonction technique peut être réalisée par plusieurs solutions et par plusieurs principes : c’est ce qui permet aux objets d’évoluer.
La lampe torche à dynamo
Fonction d’usage : éclairer devant soi sans acheter de piles. On tourne une manivelle, puis la lampe éclaire.
| Fonction technique | Solution technique | Principe technique |
|---|---|---|
| produire l’électricité | manivelle et dynamo | l’énergie du mouvement de la main est transformée en énergie électrique |
| stocker l’énergie | accumulateur (batterie) | l’énergie est stockée sous forme chimique, puis rendue sous forme électrique |
| produire la lumière | LED | l’énergie électrique est transformée en énergie lumineuse |
| diriger la lumière vers l’avant | réflecteur brillant | réflexion de la lumière sur une surface qui renvoie les rayons |
| allumer et éteindre | interrupteur | le circuit électrique est fermé ou ouvert |
Les rollers. Fonction technique : « freiner le patineur ». Solution technique : le tampon de frein en caoutchouc placé derrière le patin. Principe technique : le frottement du tampon sur le sol ralentit le patineur.
Trier trois mots sur une bouilloire. « Chauffer l’eau » est une fonction technique (un verbe) ; « la résistance chauffante » est une solution technique (un nom d’élément) ; « le courant électrique qui traverse la résistance la fait chauffer » est le principe technique (le phénomène utilisé).
Réflexe — un verbe à l’infinitif → fonction technique (que faut-il faire ?) ; le nom d’une pièce → solution technique (avec quoi ?) ; un phénomène, une explication en « grâce à… » → principe technique (comment ça marche ?).
Attention — « freiner » est une fonction, « le frein » est une solution, « le frottement » est le principe. Et deux solutions différentes peuvent utiliser le même principe : les patins d’un vélo et les plaquettes d’un frein à disque freinent tous les deux par frottement.
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Comparer des principes techniques pour une même fonction
Pour une même fonction technique, les ingénieurs ont souvent le choix entre plusieurs principes. Lequel est le meilleur ? Cela dépend du besoin : il faut comparer, critère par critère, avec des données.
• Pour comparer, on choisit des critères mesurables ou observables : énergie consommée (puissance en watts), durée de vie, prix, sécurité, bruit, encombrement, conditions d’utilisation, effets sur l’environnement.
• On range les données dans un tableau, on compare critère par critère (différence, « combien de fois plus »), puis on conclut selon le besoin : le meilleur principe dépend du critère le plus important pour l’utilisateur.
• On compare des objets qui rendent le même service (la même quantité de lumière, la même casserole d’eau) : sinon, la comparaison ne veut rien dire.
• Mesurer le temps : une horloge à balancier compte les oscillations régulières d’un pendule ; une montre à quartz compte les vibrations très rapides d’un petit cristal de quartz (8 192 par seconde dans la première, en 1969).
• Stocker des fichiers : un disque dur enregistre les données par aimantation de petites zones de plateaux qui tournent ; un SSD les garde dans des puces de mémoire électronique, sans pièce mobile.
Éclairer : incandescence ou LED ?
Deux lampes qui donnent la même quantité de lumière (806 lumens) :
| Critère | Lampe à incandescence | Lampe LED |
|---|---|---|
| principe technique | un filament chauffé par le courant devient si chaud qu’il brille | un composant électronique émet de la lumière |
| puissance | 60 W | 8 W |
| durée de vie | environ 1 000 h | environ 15 000 h |
| chaleur produite | la plus grande partie de l’énergie part en chaleur | chauffe beaucoup moins |
Chauffer une casserole : trois principes
| Plaque | Principe technique | Casseroles utilisables |
|---|---|---|
| gaz | combustion du gaz : une flamme chauffe le dessous de la casserole | toutes |
| vitrocéramique | une résistance placée sous la vitre chauffe quand le courant la traverse ; la vitre chauffe la casserole | toutes, à fond plat |
| induction | une bobine placée sous la vitre crée un champ magnétique qui fait chauffer directement le fond de la casserole | fond qui contient du fer : un aimant doit y coller |
Comparer les deux lampes. Puissance : 60 ÷ 8 = 7,5 ; la LED consomme 7,5 fois moins. Durée de vie : 15 000 ÷ 1 000 = 15 ; pendant qu’une LED dure, on use 15 lampes à incandescence.
La casserole en aluminium. Un aimant ne colle pas sur une casserole tout en aluminium : posée sur une plaque à induction, elle ne chauffe pas. Sur le gaz ou la vitrocéramique, elle chauffe.
Selon le besoin. Pour un ordinateur portable transporté chaque jour dans un sac, on choisit un SSD : sans pièce mobile, il résiste mieux aux chocs et il est silencieux. Pour garder un très grand nombre de vidéos au plus bas prix, un disque dur coûte moins cher à capacité égale.
Réflexe — je fais un tableau (une ligne par critère), je compare chaque critère avec un calcul (différence ou quotient), puis je conclus en nommant le critère le plus important pour le besoin.
Attention — un principe plus récent n’est pas meilleur sur tous les critères : le SSD est plus cher qu’un disque dur pour la même capacité. Et « 7,5 fois moins » se calcule par une division (60 ÷ 8), pas par une soustraction.
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Ranger des objets dans l’ordre chronologique
Retracer l’histoire d’un objet, c’est collecter des dates et des informations, les trier dans l’ordre chronologique, puis analyser ce qui a changé d’un objet à l’autre : le principe technique, l’énergie, la taille, l’usage.
• Sur une frise chronologique, le temps s’écoule de gauche (ancien) à droite (récent). La durée entre deux dates se calcule par une soustraction.
• Un siècle dure 100 ans : le XIXe siècle va de 1801 à 1900, le XXe siècle de 1901 à 2000 ; le XXIe siècle a commencé en 2001.
• Un objet nouveau ne fait pas toujours disparaître l’ancien : on allume encore des bougies, alors que l’électricité éclaire les maisons.
Quatre histoires d’objets
| Besoin | Du plus ancien au plus récent |
|---|---|
| s’éclairer | lampe à huile (Antiquité) → lampe à pétrole (1853) → ampoule à incandescence d’Edison (1879) → lampe LED blanche, rendue possible par la LED bleue (1993) |
| photographier | première photographie, par Nicéphore Niépce (1827) → appareil Kodak à rouleau de 100 vues (1888) → Polaroid, photo instantanée (1948) → premier appareil photo numérique, chez Kodak (1975) |
| mesurer le temps | horloge mécanique (fin du XIIIe siècle) → horloge à balancier de Christiaan Huygens (1656) → montre à quartz (1969) |
| se déplacer à vélo | draisienne de Karl Drais, sans pédales (1817) → vélocipède à pédales sur la roue avant (années 1860) → bicyclette Rover, à chaîne et à roues égales (1885) → vélo à assistance électrique (1993) |
Sans les dates. Lampe LED, lampe à pétrole, ampoule à incandescence : la flamme du pétrole vient avant l’électricité, et le filament chauffé vient avant le composant électronique. Ordre : lampe à pétrole → ampoule à incandescence → lampe LED.
Une durée. Du phonographe (1877) au CD (1982) : 1982 − 1877 = 105 ans.
Un siècle. L’horloge à balancier (1656) date du XVIIe siècle : les années 1601 à 1700.
Réflexe — je repère les dates, ou à défaut les indices (énergie, principe technique), je range du plus ancien au plus récent, et je vérifie sur une frise : le plus ancien est à gauche.
Attention — l’année 1656 est au XVIIe siècle, pas au XVIe : on ajoute 1 aux deux premiers chiffres. Et une invention n’est pas tout de suite dans les maisons : il s’écoule souvent des années entre le premier prototype et l’objet que tout le monde utilise.
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Pour aller plus loin
L’objet et son environnement. Qui utilise l’objet, avec quoi il échange (personnes, autres objets, données, milieu) : voir « Objet et environnement : interacteurs et expérience de l’utilisateur ».
Choisir un objet. L’étiquette énergie, la notice et l’indice de réparabilité servent à choisir entre plusieurs objets : voir « Choisir un objet : besoin, notice et étiquette énergie ».
Les conversions d’énergie. Ce que convertissent un moteur, une lampe, une dynamo : voir « Chaîne d’énergie : formes d’énergie et constituants ».
En 4e et en 3e. Les suites d’objets qui répondent au même besoin s’appelleront des lignées, et les objets de même principe des familles ; on pèsera les avantages et les inconvénients des évolutions. En 3e viendront les innovations de rupture et le cycle de vie.
- Un objet technique est fabriqué par l’être humain pour répondre à un besoin ; sa fonction d’usage (verbe à l’infinitif + complément) dit à quoi il sert.
- Les objets évoluent parce que les besoins changent, grâce aux découvertes, aux nouveaux matériaux, aux nouvelles énergies et au développement durable.
- Invention : créer ce qui n’existait pas. Innovation : une amélioration commercialisée et adoptée par les utilisateurs.
- Fonction technique : ce qu’il faut faire (verbe) ; solution technique : avec quoi (nom) ; principe technique : le phénomène utilisé (comment ça marche).
- Pour une même fonction, on compare les principes critère par critère, avec des données, et on conclut selon le besoin ; on range les objets du plus ancien au plus récent.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’un objet technique et sa fonction d’usage ?
Un objet technique est fabriqué par l’être humain pour répondre à un besoin (un galet, lui, est un objet naturel). Sa fonction d’usage dit à quoi il sert pour son utilisateur ; elle s’écrit avec un verbe à l’infinitif suivi d’un complément : une perceuse sert à « percer des trous ».
Quelle est la différence entre une invention et une innovation ?
Une invention crée quelque chose qui n’existait pas (le téléphone de Bell en 1876). Une innovation est une amélioration, ou une invention mise au point, qui est commercialisée et adoptée par les utilisateurs (le téléphone portable, puis le smartphone). Une invention que personne n’achète reste une invention.
Quelle est la différence entre fonction technique, solution technique et principe technique ?
La fonction technique est une action que l’objet doit réaliser (verbe à l’infinitif : « freiner le patineur »). La solution technique est la pièce qui la réalise (le tampon de frein). Le principe technique est le phénomène utilisé (le frottement du tampon sur le sol).
Comment comparer deux principes techniques pour une même fonction ?
On compare des objets qui rendent le même service, on range leurs données dans un tableau (puissance, durée de vie, prix, sécurité…), on compare chaque critère par un calcul, puis on conclut selon le besoin. Une lampe LED de 8 W éclaire autant qu’une lampe à incandescence de 60 W : elle consomme 7,5 fois moins.
Comment ranger des objets dans l’ordre chronologique ?
Du plus ancien au plus récent, avec les dates d’invention ou de mise en vente ; sans dates, avec des indices comme la source d’énergie (flamme, électricité, batterie) ou le principe technique (mécanique, électronique, numérique). Exemple : lampe à pétrole (1853), ampoule à incandescence (1879), lampe LED.
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