Ressources · 5ᵉ · Technologie
Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions
Prototype, maquette et objet de série ; améliorer un objet existant avec un critère vérifiable ; choisir un matériau et une source d’énergie parmi ceux proposés ; assembler les constituants fournis (nomenclature, assemblages fixes et démontables, plaque d’essai) ; réaliser une forme selon une procédure (découpe laser, imprimante 3D, thermopliage) et la contrôler au pied à coulisse.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions
Durée : 55 min – Sans document – Sur 20 points · Technologie 5ᵉ
Les réponses doivent être rédigées et justifiées. Soigne l'orthographe et la présentation.
Exercice 1 – Améliorer un arrosoir : la démarche ★★
(4 pts)L’arrosoir d’un balcon a une ouverture si petite qu’il déborde presque à chaque fois qu’on le remplit au robinet. Des élèves de 5e veulent l’améliorer.
- a)Écrire le problème observé, puis proposer un critère que l’on pourra vérifier par un essai.
- b)Proposer deux solutions différentes pour répondre au problème.
- c)Malo fabrique en carton, à la bonne taille, le futur entonnoir pour voir s’il tient sur l’arrosoir ; Léa imprime en PLA un entonnoir et remplit l’arrosoir au robinet avec. Qui a fabriqué une maquette, qui a fabriqué un prototype ? Justifier.
- d)Le prototype est testé : sur 10 remplissages, l’arrosoir déborde encore 2 fois. Le critère est-il atteint ? Que faut-il faire, d’après la démarche ?
Exercice 2 – Les pales d’une éolienne de démonstration : choisir un matériau ★★
(4 pts)Pour la fête de la science, la classe fabrique une petite éolienne de démonstration qui restera dehors toute la journée, même s’il pleut. Ses pales sont des pièces plates, rectangulaires, de 100 mm sur 50 mm. Le professeur propose :
| Matériau proposé | Machine | Propriétés | Prix d’une plaque de 300 mm × 500 mm |
|---|---|---|---|
| contreplaqué de peuplier 3 mm | découpe laser | léger, rigide, craint l’humidité | 4 € |
| PMMA 3 mm | découpe laser | rigide, ne craint pas l’eau | 9 € |
| carton 3 mm | découpe laser | très léger, ramollit à l’eau | 1 € |
| PVC 3 mm | interdit au laser | rigide, ne craint pas l’eau | 5 € |
- a)Quelle machine du collège utiliser pour les pales ? Justifier à partir de leur forme.
- b)Pour chaque matériau éliminé, donner la raison.
- c)Rédiger le choix du matériau sous la forme « je choisis… parce que… ».
- d)Combien de pales entières peut-on découper, sans perte, dans une plaque de 300 mm sur 500 mm ? En déduire le prix de la matière d’une pale.
Exercice 3 – La lampe du camp : choisir une source d’énergie ★★
(4 pts)Des scouts partent camper 5 soirs, en pleine nature, sans électricité. Ils veulent un prototype de lampe pour leur tente. Sources proposées : des piles, une batterie rechargeable seule, un adaptateur sur une prise, un panneau solaire et une batterie. Avec des piles, la lampe use 3 piles tous les 2 soirs ; une pile coûte 0,80 €.
- a)Quelle forme d’énergie la lampe doit-elle produire ? Quel constituant la produit ?
- b)Éliminer deux sources en justifiant. (La batterie seule tient 2 soirs.)
- c)Combien de piles faut-il emporter pour les 5 soirs ? Quel est leur prix ?
- d)Entre les piles et le panneau solaire avec sa batterie, quelle source choisir ? Donner deux arguments.
Exercice 4 – La tirelire à compteur : assembler les constituants ★★★
(4 pts)Une tirelire affiche le nombre de pièces glissées dedans. Voici la nomenclature de son prototype.
| Repère | Nombre | Désignation | Remarque |
|---|---|---|---|
| 1 | 4 | côtés | contreplaqué, emboîtés et collés |
| 2 | 1 | couvercle | PMMA, tenu par 4 vis |
| 3 | 4 | vis | acier |
| 4 | 1 | détecteur de passage des pièces | — |
| 5 | 1 | carte à microcontrôleur | — |
| 6 | 1 | afficheur | — |
| 7 | 1 | boîtier de piles | — |
| 8 | 3 | piles | — |
| 9 | 1 | trappe de vidage | PLA, tenue par des clips |
- a)Combien de constituants faut-il compter avant de commencer le montage ?
- b)Classer les assemblages des repères 1, 2 et 9 en fixe ou démontable, en nommant à chaque fois le moyen d’assemblage.
- c)Expliquer pourquoi le couvercle et la trappe de vidage doivent être démontables.
- d)Sur la plaque d’essai, un fil du détecteur est enfiché en b10. Citer deux trous où brancher le fil de la carte pour qu’il soit relié au détecteur, puis un trou qui porte le numéro 10 mais ne convient pas, en expliquant pourquoi.
Exercice 5 – L’entretoise imprimée : suivre une procédure et contrôler ★★★
(4 pts)Un groupe imprime en 3D une entretoise de 42 mm de haut. La procédure fixe des couches de 0,2 mm ; chaque couche demande 30 s. Après impression, on mesure la hauteur au pied à coulisse :
- a)Nommer le procédé utilisé et le format du fichier du modèle 3D, que lit le logiciel trancheur.
- b)Calculer le nombre de couches, puis la durée d’impression en heures et minutes.
- c)Lire la mesure sur le pied à coulisse, puis calculer l’écart avec la cote de 42 mm.
- d)Donner deux règles de sécurité de la procédure : une pour l’imprimante 3D, une pour la découpe laser qui découpera ensuite le socle.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions
Durée : 55 min – Sans document – Sur 20 points · Technologie 5ᵉ
Exercice 1 – Améliorer un arrosoir : la démarche ★★
(4 pts)- a)Problème : l’ouverture est trop petite, l’eau déborde pendant le remplissage. Critère possible : « sur 10 remplissages au robinet, l’arrosoir ne déborde jamais ». (1)
- b)Par exemple : ajouter un entonnoir fixé sur l’ouverture ; élargir l’ouverture ; ajouter une seconde ouverture plus large avec un bouchon. (1)
- c)Malo : maquette, elle montre la forme et la taille sans servir à remplir. Léa : prototype, il fonctionne et sert à tester l’amélioration. (1)
- d)Non : le critère demandait zéro débordement sur 10. On revient aux solutions (entonnoir plus large ou plus haut…), on améliore le prototype et on le teste à nouveau. (1)
Le point clé — Un critère se vérifie par un essai ; s’il n’est pas atteint, on améliore le prototype au lieu de lancer la série.
Exercice 2 – Les pales d’une éolienne de démonstration : choisir un matériau ★★
(4 pts)- a)La découpe laser : les pales sont des pièces plates, découpées dans une plaque. (1)
- b)Contreplaqué : il craint l’humidité, or l’éolienne reste dehors sous la pluie. Carton : il ramollit à l’eau. PVC : interdit à la découpe laser, il dégage un gaz toxique et corrosif. (1)
- c)Je choisis le PMMA, parce qu’il se découpe au laser, qu’il est rigide et qu’il ne craint pas l’eau. (1)
- d)300 ÷ 50 = 6 et 500 ÷ 100 = 5, soit 6 × 5 = 30 pales (dans l’autre sens : 300 ÷ 100 = 3 et 500 ÷ 50 = 10, encore 30). Prix d’une pale : 9 ÷ 30 = 0,30 €. (1)
Méthode — Forme de la pièce → machine → matériaux possibles ; puis j’élimine par les contraintes, et je justifie.
Exercice 3 – La lampe du camp : choisir une source d’énergie ★★
(4 pts)- a)De l’énergie lumineuse, produite par une DEL (ou une lampe) qui convertit l’énergie électrique. (1)
- b)L’adaptateur : il n’y a pas de prise au camp. La batterie seule : elle ne tient que 2 soirs et ne peut pas être rechargée sans électricité. (1)
- c)5 soirs = 2 + 2 + 1 : il faut 3 jeux de 3 piles, soit 9 piles ; 9 × 0,80 = 7,20 €. (1)
- d)Le panneau solaire et sa batterie : la ressource est renouvelable et gratuite, il n’y a pas de piles à jeter (ni à rapporter au point de collecte), et le panneau recharge la batterie chaque jour. (1)
Erreur fréquente — Un panneau solaire seul ne fonctionne pas la nuit : pour une lampe, il faut la batterie qu’il recharge le jour.
Exercice 4 – La tirelire à compteur : assembler les constituants ★★★
(4 pts)- a)4 + 1 + 4 + 1 + 1 + 1 + 1 + 3 + 1 = 17 constituants. (1)
- b)Repère 1 : fixe (emboîtés puis collés). Repère 2 : démontable (vis). Repère 9 : démontable (clips). (1)
- c)Le couvercle donne accès à la carte et aux piles, qu’il faudra changer ou réparer ; la trappe sert à vider la tirelire. On doit les ouvrir sans rien abîmer. (1)
- d)Par exemple a10 et d10 (aussi c10 ou e10) : même colonne, même côté de la rainure. f10 (ou g10 à j10) ne convient pas : la rainure centrale sépare les deux groupes de cinq trous. (1)
Repère — On choisit un assemblage démontable pour tout ce qu’il faudra ouvrir : piles, réglage, réparation.
Exercice 5 – L’entretoise imprimée : suivre une procédure et contrôler ★★★
(4 pts)- a)Ajout de matière (dépôt de fil fondu couche par couche) ; le modèle 3D est un fichier STL. (1)
- b)42 ÷ 0,2 = 210 couches ; 210 × 30 = 6 300 s = 105 min = 1 h 45 min. (1)
- c)Zéro du vernier juste après 41 mm, trait 8 qui coïncide : 41,8 mm. Écart : 42 − 41,8 = 0,2 mm. (1)
- d)Imprimante 3D : ne pas toucher la buse ni le plateau chauds (ne pas changer les réglages). Découpe laser : ne jamais la laisser sans surveillance, capot fermé, aspiration des fumées en marche. (1)
Attention — Au pied à coulisse, les dixièmes sont le numéro du trait du vernier qui coïncide, pas la graduation de la règle.
Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).
Ce contrôle de technologie 5ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Améliorer un arrosoir : la démarche ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Les pales d’une éolienne de démonstration : choisir un matériau ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — La lampe du camp : choisir une source d’énergie ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — La tirelire à compteur : assembler les constituants ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — L’entretoise imprimée : suivre une procédure et contrôler ★★★/ 4 pts
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de technologie de cinquième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Prototype : assembler, fabriquer et choisir parmi des solutions » du programme officiel de technologie en cinquième.
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