Création et Innovation Technologiques La découverte et l’analyse d’innovations technologiques Thématiques Études de cas Questions de société Les transports (Les véhicules individuels) Les dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs. Comment assurer la sécurité dans l’automobile ? Les systèmes d’éclairage. La communication Les dispositifs de pointage pour ordinateur (la souris). L’habitat (la domotique) Les systèmes d’alarme. Comment signaler un danger dans l’habitat ? Le vélo urbain Comment améliorer l’éco mobilité en milieu urbain? Au lycée CARNOT de BRUAY-LA BUISSIERE, nous avons travaillé sur 5 études de cas sur la découverte et l’analyse d’innovations technologiques. Ces études de cas relèvent de thématiques différentes: le transport en particulier les véhicules individuels pour les études d’innovations technologiques des dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs et des systèmes d’éclairage, La communication pour les dispositifs de pointage (la souris) La domotique pour les systèmes d’alarme Le vélo urbain pour les transports. Ces études de cas seront également liées à des questions de société.

Étude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs Création et Innovation Technologiques Étude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs Comment protéger la structure du véhicule et limiter les dommages corporels subis par un piéton lors d’un choc ? Comment prévenir le conducteur de la proximité d’un obstacle ? Comment ajuster la vitesse automatiquement afin d'éviter la collision ? Comment prévenir le conducteur de la proximité d’un obstacle ? Pare-chocs à absorption d’énergie Pare-chocs en plastique Radar de recul Régulateur de vitesse intelligent Cette Diapo représente l’évolution des dispositifs de sécurité …….. L’élément de base: c’est le pare-choc en plastique, la matière c’est du plastique thermodurcissable. Il a la particularité d’être rigide, mais il n’est très efficace pour protéger la structure du véhicule lors d’un choc. Il n’est pas adapté non plus pour limiter les dommages corporel subis par les piétons. De ce fait des normes ont été imposées aux constructeurs automobile en autre protéger la structure du véhicule pour des chocs <15km/h L’innovation: c’est le pare-choc à absorption d’énergie. Il est composé de 2 parties: le bouclier en thermoplastique et une structure composée elle-même d’une poutre et d’un absorbeur d’énergie L’innovation suivante: c’est le radar de recul, il répond à un question: Comment …. La solution a été de placer dans le pare-choc des capteurs à ultrason, pour la détection des petits obstacles difficiles à voir. Ensuite on arrive au régulateur de vitesse intelligent ou adaptatif Ce dispositif utilise un capteur laser pour évaluer la distance entre 2 véhicules par triangulation. L’ensemble répond à une question: Comment…. Bouclier + Absorbeur de choc 2

Étude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs Loi d’évolution Loi 4: Loi d’accroissement de la fonction idéale Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées / piste de projet Matériau et structure Intégration d’une structure déformante Absorbeur d’énergie Résistance mécanique des matériaux Simulation numérique de la déformation de l’absorbeur d’énergie Pare-chocs à absorption d’énergie Phase stationnement Loi d’évolution Loi 4: Loi d’accroissement de la fonction idéale Loi 8: Loi d’accroissement du dynamisme du système Information Détection d’obstacles Radar de recul (capteurs ultrasons) Emission, propagation et détection des ondes ultrasonores Dispositif de détection d’obstacles utilisant le principe de la détection des ondes ultrasonores. Radar de recul Nous passons maintenant à la grille de caractérisation de l’étude de cas. On retrouve les 3 innovations avec les champs technologiques et les solutions technologiques correspondantes En ce qui concerne: ….. les élèves pourront exprimer le principe de la résistance mécanique des matériaux à l’aide d’une simulation numériques ……. Pour chaque innovation, on retrouve une loi d’évolution: La loi 4, on augmente l’efficacité des dispositifs de sécurité, La loi 8, diminution de la fonction humaine au niveau contrôle Phase roulage Loi d’évolution Loi 4: Loi d’accroissement de la fonction idéale Loi 8: Loi d’accroissement du dynamisme du système Information Adaptation automatique de la vitesse en fonction du véhicule précédent Capteur Laser Le télémètre Laser Mise en œuvre d’un dispositif de détection d’obstacles utilisant le principe du télémètre Laser. Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? Régulateur de vitesse intelligent 3

Protection des piétons ACTIVITES - Etude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs Découvrir et Analyser Décrire les étapes de l’évolution des dispositifs de sécurité, Précisez les innovations et les solutions technologiques apportées. - Préciser les normes liées à la sécurité dans l’automobile (protection des piétons et de la structure des véhicules). Consulter sur le site de l’INPI les brevets n°FR2927865 et FR2920725. Compléter une fiche descriptif des brevets, décrire les inventions. LES INNOVATIONS Absorbeur d’énergie N°FR2927865 Protection des piétons N° FR2920725 Les activités élèves reposent sur la découverte et l’analyse d’innovations technologiques qui ont permis d’améliorer la sécurité dans l’automobile. A l’aide d’un dossier ressource constitué d’une documentation commerciale et technique et du cycle d’évolution du produit. INPI: site où l’on dépose des brevets afin de protéger des innovations techniques. Il est possible de consulter ces brevets à partir d’une recherche. Les élèves pourront s’initier au vocabulaire de l’innovation et de la créativité. LES INVENTIONS

Simuler et Interpréter : Expérimenter et Interpréter ACTIVITES - Etude de cas n°1: Les dispositifs de sécurité actifs et passifs dans les pare-chocs Simuler et Interpréter : - Identifier le principe associé à l’innovation , l’observer à l’aide d’une simulation numérique. - Décrire le comportement de l’absorbeur d’énergie et du dispositif de protection des piétons. Expérimenter et Interpréter A l’aide de documents techniques sur le capteur Laser, Identifier la solution technique associé à l’innovation , le reproduire à l’aide d’un dispositif expérimental (maquettes, expérience,…) : Décrire le principe du télémètre laser. PRINCIPES PHYSIQUES A partir d’une simulation numérique de comportement (logiciel: COSMOSWORKS) Observer les étages de déformation de l’absorbeur d’énergie. Constater que la structure absorbe une quantité d’énergie lorsque celle-ci se déforme. A l’aide d’un dispositif expérimental (maquettes…) et suite à des observations, des relevés et a partir de croquis ou schéma, -Décrire le principe du télémètre Laser.

Étude de cas n°2: Les systèmes d’éclairage Création et Innovation Technologiques Étude de cas n°2: Les systèmes d’éclairage Comment améliorer l’efficacité lumineuse des phares ? Comment décharger le conducteur de l’allumage des phares ? Comment augmenter la visibilité dans les virages ? Phares en plastique, Lampe au Xénon phares à LED Allumage automatique L’éclairage dynamique en Virage La 2ème étude de cas: c’est l’innovation des phares La base c’est le phare en plastique (en polycarbonate). La 1ère innovation dans le domaine de la sécurité: -l’intégration des lampes au xénon et des phares à LED pour améliorer l’efficacité lumineuse et le rendement énergétique L’innovation suivante c’est l’allumage automatique. Le but c’est de Décharger le conducteur de l’allumage des phares afin qu’il puisse concentrer son attention sur la route. Lui éviter d’oublier d’allumer ses phares lorsque les conditions de circulation le requièrent Et ceci à l’aide d’un capteur de luminosité. Ensuite nous passons à l’éclairage dynamique en virage pour augmenter la visibilité dans les virage. La solution technologique utilisée, c’est un bloc lumineux pivotant. Autres pistes d’innovation: Le ‘Design’ 6

Étude de cas n°2: Les systèmes d’éclairage Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°2: Les systèmes d’éclairage Loi d’évolution Loi 4 : Loi d’accroissement de la fonction idéale Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées Energie Amélioration de l’efficacité lumineuse Lampe au xénon LEDs Principe de l’allumage des lampes à décharge Eclairage à LEDs Dispositif d’éclairage intégrant une lampe au xénon et un éclairage à LEDs Lampe au Xénon phares à LED Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? Loi d’évolution Loi 8: Loi d’accroissement du dynamisme du système information Automatisation de l’éclairage Capteur de luminosité Détection du niveau de luminosité Dispositif de détection du niveau de luminosité Allumage automatique On retrouve les 3 innovations avec les champs technologiques et les solutions technologiques correspondantes En ce qui concerne: ….. Les élèves pourront mener une expérimentation ou ils aborderont le principe de l’allumage de la lampe au xénon. Les élèves pourront vérifier l’efficacité lumineuse de ces lampes. -sur un dispositif de détection du niveau de luminosité. -sur un dispositif d’éclairage dynamique en virage intégrant un bloc pivotant. Les élèves pourront observer les transmissions de mouvements et le principe de la conversion d’énergie. Loi d’évolution Loi 2: Loi de conductibilité énergétique du système Information Energie L’éclairage Dynamique en Virage Bloc pivotant Transmission de mouvements Conversion d’énergie Dispositif d’éclairage dynamique en virage. L’éclairage Dynamique en Virage 7

ACTIVITES - Etude de cas n°2: Les systèmes d’éclairage. Découvrir et Analyser: Décrire les étapes de l’évolution des systèmes d’éclairages, Précisez les innovations et les solutions technologiques apportées. - Préciser les normes relatives aux dispositifs d’éclairage. Consulter sur le site de l’INPI  le brevet du système d’éclairage avec une lampe au xénon n°FR2627628. Compléter une fiche descriptif du brevet, décrire la qualité principale de cette invention. LES INNOVATIONS LES INVENTIONS Expérimenter et Interpréter A l’aide de 2 dispositifs d’éclairage (lampe halogène et lampe au xénon) expérimentaux, - Identifier le principe physique et la solution technique associé à l’innovation à partir d’une étude sur l’efficacité lumineuse des dispositifs d’éclairage. On retrouve dans l’étude de cas, des activités de découvertes et d’analyse. Vérification de l’efficacité lumineuse à partir d’observations, relevés…. Amélioration du rendement lumineux. PRINCIPES PHYSIQUES LES PISTES DE PROJET l’éclairage adaptatif (adapter la portée et la largeur du faisceau en fonction de la vitesse du véhicule) dispositif informant le véhicule qui suit du non respect des distances de sécurité.

Étude de cas n°3: Les dispositifs de pointage pour ordinateur Création et Innovation Technologiques Étude de cas n°3: Les dispositifs de pointage pour ordinateur (la souris) Comment améliorer le contrôle du déplacement du pointeur à l’écran? Comment supprimer l’entretien de la souris ? Comment s’affranchir de la liaison filaire ? Comment adapter l’interface de communication à une utilisation sur tableau blanc ? Tableau blanc interactif Clavier Souris filaire à boule Souris filaire optique Souris optique sans fil A l’origine, pour déplacer le pointeur et sélectionner du texte ou des objets, on utilisait les touches de direction du clavier. A l’usage, cette méthode présente un manque de confort et d’efficacité. Pour améliorer le contrôle du déplacement du pointeur, l’invention c’est la souris à boule à laquelle, on a ajouté une molette de défilement. Principe: une sphère qui entraine par l’intermédiaire de rouleaux, un capteur de position (codeur incrémental) Inconvénient: régulièrement il est nécessaire d’effectuer un nettoyage des rouleaux. -Pour palier à ce problème, les pièces en mouvement ont été supprimé et l’innovation suivante c’est la souris optique. La détection du mouvement de la souris se fait par capteur optique. Principe: c’est l’émission et la réception d’une onde lumineuse par réflexion sur un support. -Pour améliorer le confort, on a supprimé le fil. L’innovation c’est la souris optique. La communication entre l’ordinateur et la souris se fait par onde électromagnétiques. La souris intègre un émetteur radio HF. -Enfin pour une présentation sur tableau blanc, la souris n’étant plus adaptée. La solution c’est d’utiliser un crayon comportant un émetteur IR associé à une caméra IR (1200 x 800) pour détecter et déterminer les coordonnées du pointeurs. La caméra transmet les informations à l’ordinateur par liaison Bluetooth. 9

Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°3: Les dispositifs de pointage pour ordinateur (la souris) Loi d’évolution Loi 4 : Loi d’accroissement de la fonction idéale Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées information Amélioration du contrôle du pointeur Codeur incrémental entrainé par une sphère en rotation Acquisition numérique de la position Dispositif d’acquisition de la position du pointeur par codeur incrémental. Souris filaire à boule Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? Loi d’évolution Loi 4 : Loi d’accroissement de la fonction idéale Loi 1: Loi d’intégralité des parties du système information Diminution de l’entretien Détecteur optique Émission et réception d’une onde lumineuse par réflexion Détection de mouvement par capteur optique. Souris filaire optique Loi d’évolution Loi 4 : Loi d’accroissement de la fonction idéale Information Suppression du fil Communication radiofréquence Émission et réception d’ondes électromagnétiques Transmission radio HF avec un module radio intégré. Souris optique sans fil 10

Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°3: Les dispositifs de pointage pour ordinateur (la souris) Loi d’évolution Loi 1 : Loi d’intégralité des parties du système Loi 4 : Loi d’accroissement de la fonction idéale Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées information Contrôle du pointeur sur tableau blanc Caméra Infrarouge Détection des coordonnées du pointeur par caméra infrarouge Mise en œuvre d’un TBI basé sur une manette WII et d’un crayon IR. Tableau blanc interactif Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? LES PISTES DE PROJET Modification du crayon IR qui ne comporte qu’un bouton latéral afin qu’il déclenche le signal IR lors d’un appui de sa pointe sur un tableau blanc. 11

Étude de cas n°4: Les systèmes d’alarme Création et Innovation Technologiques Étude de cas n°4: Les systèmes d’alarme Comment surveiller une zone? Comment simplifier l’installation de l’alarme? Comment prévenir l’habitant par SMS d’une intrusion ou d’un incendie ? Alarme filaire périmétrique Alarme filaire à détecteurs IR Alarme sans fil Alarme PLUS avec transmetteur GSM Les premières alarmes étaient équipées de capteurs à contact ou magnétique placés aux portes et fenêtres. L’inconvénient de ce dispositif de protection, c’est qu’une fois le périmètre franchi, la surveillance n’est plus efficace et la personne peut se déplacement librement dans l’habitat. La solution, c’est d’installer dans l’habitat des détecteurs de type IR ou volumétrique pour surveiller des zones. Ensuite pour éviter les passages de câbles et les contraintes liées à l’installation, l’innovation ce sont les alarmes sans fil. Et enfin, pour avertir l’habitant par SMS d’une intrusion ou d’incendie, on intègre à l’alarme un transmetteur GSM et un détecteur de fumée par capteur optique. Principe: La pénétration de fumée dans le détecteur entraîne la réflexion de la lumière de la LED sur les particules de fumée, donc la sollicitation de la photodiode. 12

Étude de cas n°4: Les systèmes d’alarme Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°4: Les systèmes d’alarme Loi d’évolution Loi 1: Loi d’intégralité des parties du système Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées information Surveillance d’une zone Détecteurs IR Détection du rayonnement infrarouge passif Détection de mouvement par capteur pyroélectrique. Alarme filaire à détecteurs IR Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? Loi d’évolution Loi 4: Loi d’accroissement de la fonction idéale information Suppression du câblage Communication radiofréquence Émission et réception d’ondes électromagnétiques Dispositif de Transmission radio HF. Alarme sans fil Loi d’évolution Loi 8: Loi d’accroissement du dynamisme du système Information Suppression du fil Transmetteur GSM Détecteur de fumée Émission et réception d’une onde lumineuse Détection de fumée par capteur optique. Transmission GSM Alarme PLUS avec transmetteur GSM 13

Étude de cas n°5 : L’évolution des vélos urbains Création et Innovation Technologiques Étude de cas n°5 : L’évolution des vélos urbains Comment adapter la puissance de pédalage en fonction de la route? Comment assister la puissance de pédalage fournie par le cycliste? Comment augmenter l’autonomie et réduire le poids du VAE? Dérailleurs avant/arrière Vélo à assistance électrique VAE alu Batterie + moteur électrique 14

Étude de cas n°5: L’évolution des vélos urbains Grille de caractérisation de l’étude de cas Étude de cas n°5: L’évolution des vélos urbains Loi d’évolution Loi 4 : Augmentation du niveau d’idéalité Support Champ technologique Innovation principale Solution technologique Principe physique Expérimentations associées Matériau et structure Adaptation de la puissance de pédalage Dérailleurs avant et arrière Réduction du couple Expérimentation sur la puissance de pédalage du cycliste. Dérailleur Loi d’évolution Loi 2 : Conductibilité énergétique du système Loi 4 : Augmentation du niveau d’idéalité Energie Assistance électrique Moteur électrique + Batterie au plomb Conversion d'énergie électrique en énergie mécanique Expérimentation sur l’assistance électrique fournie à la puissance de pédalage du cycliste. VAE batterie au plomb Loi d’évolution Loi 4 : Augmentation du niveau d’idéalité Matériau structure énergie Structure en alliage alu Batterie au lithium -Cadre aluminium -Batterie au lithium Propriétés de l’aluminium Stockage de l'énergie électrique Relation produit procédé matériau Expérimentation sur les caractéristiques des dispositifs de stockage d’énergie électrique Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? Comment prévenir la proximité d’un obstacle ? VAE alu lithium 15

ACTIVITES - Etude de cas n°5: Les évolutions des vélos urbains Découvrir et analyser Décrire les étapes de l’évolution des vélos urbains, Précisez les innovations et les solutions technologiques apportées. Préciser les normes relatives aux vélos à assistance électrique. Consulter sur le site de l’INPI  et décrire l’invention.   Expérimenter et interpréter A l’aide de documents techniques et d’un dispositif expérimental, - Identifier les principes associés aux innovations (dérailleurs, VAE) - Décrire le comportement du vélo à assistance dans différentes configurations (au démarrage, sur le plat…) LES INNOVATIONS On donne : Tableau des braquets (pignon avant/ pignon arrière) On demande de: - Calculer les puissances de pédalage en fonction de la pente et de la vitesse. Le principe de fonctionnement du VAE, Maquette du VAE, Moyeu moteur 250 Watts et le Home trainer Calculer les puissances électriques ( P=UI ) en fonction de la pente et de la vitesse. LES INVENTIONS Dispositif de tension et de guidage de la chaîne d'un système d'entraînement avec un jeu de pignons et également un jeu de plateaux N° FR2750668

ACTIVITES - Etude de cas n°5: Les évolutions des vélos urbains Simuler et interpréter A l’aide d’une simulation numérique (modèle 3D) . Observer et décrire les caractéristiques des éléments (masse) du VAE en fonction de sa structure et des matériaux . Identifier la principe associé à l’innovation à l’aide d’une étude technique « rapport énergie/masse des batteries» Pistes de projet Modifications du support de batterie et d’entrainement moteur