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3ème Histoire des solutions à un problème technique PAGE DE GARDE A COMPLETER SELON VOS CHOIX Informations utiles Esthétique en lien avec le sujet Le dossier sera imprimé en fin d’unité puis relié Durée estimée : 7 séances dossier_élève.p65 Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 1 Histoire des solutions à un problème technique 3ème SOMMAIRE - Présentation de l’unité : page 2 - Les différents blocs fonctionnels d’un objet 1/2 : page 3 - Les différents blocs fonctionnels d’un objet 2/2 : page 4 - Evolution des systèmes permettant de mesurer le temps 1/2 page 5 - Evolution des systèmes permettant de mesurer le temps 1/2 page 6 - La lignée page 7 - Le lexique page 8 Document de travail AD dossier_élève.p65 Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 2 3ème Histoire des solutions à un problème technique PRESENTATION DE L’UNITE HISTOIRE DES SOLUTIONS A UN PROBLEME TECHNIQUE L’ensemble des innovations techniques du passé constitue un patrimoine permettant de comprendre l’évolution dans le temps des solutions apportées à un même problème technique et ses relations avec la connaissance historique des sociétés Les inventions et innovations techniques ont permis l’évolution des objets. L’analyse d’une solution dans une perpective historique : Le point de vue technique fonctionnel est utilisé pour analyser les objets et les procédés. Les solutions techniques répondent à un besoin, elles sont construites par les moyens disponibles à une époque donnée. L’évolution des techniques : Des repères chronologiques caractérisent les grandes étapes de l’évolution technique et permettent de s’interroger sur la place et l’influence de la technique dans la culture d’une époque. L’exploitation des ressources naturelles, la mécanisation, l’émergence des technologies de l’information forment une chaîne ininterrompue d’innovations techniques Les premiers inventeurs étaient généralement isolés et incapables de vivre de leurs inventions. De nos jours, la plupart des inventions ont lieu au sein de groupes de chercheurs qui participent à un même projet. Ils sont soutenus et financés par les universités, les organismes publics, l’industrie, les fondations privées. L’I.N.P.I., Institut National de la Propriété Industrielle, permet à toute personne d’avoir le monopole d’utilisation de «sa marque», de «son dessin ou modèle», de «son brevet d’invention», sur un territoire déterminé, pendant un temps défini. Les brevets d’invention peuvent concerner des objets, des produits caractérisés par leur composition (de la colle) mais aussi des procédés de fabrication de ces objets et produits. dossier_élève.p65 Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 3 3ème Histoire des solutions à un problème technique Les différents blocs fonctionnels d’un objet 1/2 L’analyse fonctionnelle consiste à identifier les différents blocs fonctionnels. Il faut donc se poser 3 questions : - comment ça marche ? - quel en est le principe ? - comment l’objet est fait ? Systèmes Fonctions assurées Propulser Porter Diriger Poser Eléments qui concourent à la réalisation de chaque bloc Moteur+ hélice+carburant Gouvernail Base Hélice Moteur+ hélice +carburant Gouvernail Patin Aile Moteur+ hélice +carburant Gouvernail Train d’atterrissage Aile Réacteur +carburant Gouvernail Train d’atterrissage Ballon + gaz LA PORTANCE Blocs fonctionnels LE PROPULSEUR ATTERRISSAGE LE GOUVERNAIL A chaque bloc fonctionnel (ex : Le propulseur) correspond un élément (ex : Réacteur+carburant) qui permet d’assurer une certaine fonction (ex : Propulser) . Prenons l’exemple de la montre à Quartz à aiguilles : BLOCS FONCTIONNELS DE LA MONTRE A QUARTZ A AIGUILLES MOTEUR alimenté par 1 pile électrique AFFICHEUR Aiguilles - cadran Le moteur électrique effectue un demitour par seconde, entraînant les engrenages qui actionnent les aiguilles Aiguilles des heures, minutes et trotteuse protégées par un verre REGULATEUR Quartz Le micro-processeur, il réduit les 32 768 impulsions électriques par seconde (de l’oscillateur) à une impulsion par seconde. COMPTEUR Circuit intégré ALIMENTATION pile électrique La pile fournit l’énergie Dans une montre à quartz, le balancier de l’horloge mécanique est remplacé par un minuscule éclat de cristal à un rythme précis. Un microprocesseur règle la montre à l’aide de ces vibrations En résumé : LES BLOCS FONCTIONNELS D’UNE MONTRE A QUARTZ SONT Système Fonctions assurées Fournit de l’énergie Découpe des laps de temps réguliers Enregistre la fréquence Produit le mouvement Effectue un mouvement de rotation et affiche l’heure Eléments qui concourent à la réalisation de chaque bloc Quartz Pile Circuit intégré Microproceseur Moteur Aiguilles + cadran MOTEUR AFFICHEUR Blocs fonctionnels ALIMENTATION REGULATEUR COMPTEUR Mais qu’en est-il des blocs fonctionnels du réveil ? dossier_élève.p65 Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 4 3ème Histoire des solutions à un problème technique Les différents blocs fonctionnels d’un objet 2/2 Définition : Un objet technique comprend différents constituants (pièces, composants...) qui assurent des fonctions techniques indispensables à son fonctionnement. Ainsi, l’analyse d’un objet fait apparaître des parties distinctes, appelées blocs fonctionnels, remplissant une ou plusieurs fonctions techniques. Moteur Sonnerie Afficheur Régulateur LES BLOCS FONCTIONNELS DU REVEIL REGULATEUR ....................... SONNERIE ....................... s photo s o v i r ic Colle MOTEUR AFFICHEUR ....................... ....................... En résumé : LES BLOCS FONCTIONNELS D’UN REVEIL SONT Système Fonctions assurées Eléments qui concourent à la réalisation de chaque bloc Blocs fonctionnels ALIMENTATION REGULATEUR Quel désordre !!! A vous de remettre les «vignettes au bon endroit en vous aidant de la fiche précédente Découpe des laps de temps réguliers Produit le mouvement dossier_élève.p65 Ressort spiral + balancier Ressort + Moteur MOTEUR Roue d’échappement + ancre Enregistre la fréquence Aiguilles + cadran Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Effectue un mouvement de rotation et affiche l’heure COMPTEUR AFFICHEUR Page 5 3ème Histoire des solutions à un problème technique EVOLUTION DES SYSTEMES PERMETTANT DE MESURER LE TEMPS 1/2 0 500 1000 1300 MOYEN AGE ANTIQUITE Cadran solaire occidental Clepsydre - sablier 1500 1600 Horloge à échappement 1700 1789 EPOQUE MODERNE 1800 le ressort de John Harrison 1657- C. Huygens horloge à pendule 1504première montre 1958 1900 1850 2000 EPOQUE COMTEMPORAINE 1820 électroaimant 1840 l’électricité en horlogerie 1880 principe du quartz Nom de l’objet Dates ou époques gnomon Dans des temps très anciens en Amérique, Afrique, Bornéo... 3000 ans avant notr ère PREHISTOIRE cadran solaire Vers l’an 600 avant J.C (et probablement il y a bien plus longtemps) L’ANTIQUITE clepsydres 1600 ans avant JC en Egypte mais aussi chez les Amrérindiens et les Grecs L’ANTIQUITE Les sabliers XIVième siècle Connues chez les Egyptiens, les Amérindiens et les Grecs LE MOYEN AGE Bougie et lampes à huile 1918 horloge commerciale 1967 montre à quartz L’objet dans son contexte social, économique, politique (évènements...) Principe technique Un simple bâton planté verticalement dans le sol permet facilement en n’importe quel endroit, d’observer le mouvement de l’ombre du soleil ou de la lune Il permettait de déterminer le rythme des saisons pour planifier l’agriculture OBSERVATION D’UNE OMBRE L’extrémité de l’ombre d’un bâton planté verticalement parcourt très régulièrement un arc de cercle : on fabrique un instrument formé d’une tige, appelée style, et d’un cadran, horizontal ou vertical, sur lequel sont gravés des traits indiquant l’heure OBSERVATION D’UNE OMBRE Un vase percé d’un trou laisse couler de l’eau. Des graduations situées à l’intérieur permettent de mesurer des intervalles de temps. La clepsydre donne l’heure pendant le jour et la nuit. Elle mesure des durées plus brèves avec une bonne précision ECOULEMENT D’UN FLUIDE Sablier : le vase supérieur est rempli de sable qui coule doucement dans le vase inférieur en une durée fixe. Le cadran solaire indiquait au Moyen-Age les moments du début et de la fin du travail des ouvriers, et ceux de la pause. Les Croisés, au XIVème siècle ont rapporté des cadrans solaires au style incliné, augmentant la précision. Chez les Grecs, elle tient une grande importance dans la vie des cités. On connaît le goût des Grecs pour la politique, la polémique, la justice : elle sert à limiter la durée des discours ou des plaidories Les sabliers étaient utilisés sur les navires. Christoph Colomb l’utilisait pour mesurer sa position ECOULEMENT D’UN FLUIDE Servent à mesurer un intervalle de temps LE MOYEN AGE COMBUSTION D’UN CORPS dossier_élève.p65 horloge atomique Lors de la vente aux enchères d’immeubles, l’adjudication était prononcée après l’extinction de 3 bougies Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 6 3ème Histoire des solutions à un problème technique EVOLUTIONDESSYSTEMESPERMETTANTDEMESURERLETEMPS2/2 Nom de l’objet Les «moteurs» de ces horloges sont des poids : un poids accroché à une corde enroulée autour d’un axe horizontal entraîne une aiguille dans un mouvement de rotation SYSTÈME MÉCANIQUE Vers 1300 L’horloge à balancier, à pendule Développement de la navigation qui pousse le progrès SYSTÈME MÉCANIQUE RENAISSANCE Les premières montres n’avaient pas une grande précision 1504 Peter Henlein Horloges électriques L’énergie est fournie par une pile qui alimente un électro-aimant qui fait osciller le pendule PERIODE CONTEMPORAINE Nom de l’objet L’objet dans son contexte social, économique, politique (évènements...) Principe technique Dates ou époques Dates ou époques SYSTÈME ELECTRIQUE L’objet dans son contexte social, économique, politique (évènements...) Principe technique Horloge électronique (à quartz) SYSTÈME ELECTRONIQUE Début de l’électronique avec la diode en 1904 puis la triode en 1906. Le transistor en 1948 et le circuit intégré en 1958 font véritablement naître l’horloge électronique et la montre à quartz Développée par LIP, concurrencée par la montre à quartz, la production s’arrête dans les années 1980 1952 PERIODE CONTEMPORAINE Montre à quartz 1967 Miniaturisation. Apparition des premières montres bracelet à quartz SYSTÈME ELECTRONIQUE L’horloge atomique dossier_élève.p65 1948 première horloge atomique Les horloges atomiques comptent les oscillations naturelles de l’atome de césium qui vibre 9 192 631 770 fois par seconde. Les horloges de laboratoire ont une précision telle qu’elles ne varieraient de pas plus d’une deconde en 3 millions d’années. Mise en évidence de l’atome Première horloge atomique pour répondre aux besoins des télécommunications, de la navigation ou le repérage GPS. Il était necessaire d’avoir une plus grande précision pour répondre aux besoins de la recherche fondamentale (astronomie et physique atomique) Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 7 3ème Histoire des solutions à un problème technique LA LIGNEE Quels sont les différents matériaux et les différentes sources d’énergie qui ont été utilisés selon les époques pour les appareils à mesurer le temps? Dans la famille des objets permettant de se repérer dans le temps selon différents principes, on trouve les lignées suivantes Observation d’une ombre Energie : Homme, animaux,eau, vent, soleil, feu, gravitation Matériaux : Métallurgie du fer, cuivre,or,bronze, argil (poterie), verre, pierre Cadran solaire Gnomon Ecoulement d’un fluide Energie : Matériaux : Clepsydre Sablier Horloge à eau Combustion d’un corps Energie : Matériaux : Bougie Lampe à huile Système mécanique Energie : Matériaux : Horloge à échappement Horloge à pendule Montre Système électrique Energie : Matériaux : Horloge électrique Montre électrique Système électronique Energie : Matériaux : Montre à quartz dossier_élève.p65 Horloge à quartz Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 8 Histoire des solutions à un problème technique 3ème LEXIQUE - Objet technique : Un objet technique permet de satisfaire un besoin par la mise en oeuvre de fonctions techniques. - Bloc fonctionnel : un bloc fonctionnel est un sous ensemble d’un objet technique permettant de satisfaire une ou plusieurs fonctions techniques. - Solution technique : Une solution technique est la matérialisation d’une ou plusieurs fonctions techniques constituant un objet. Elle s’appuie sur un principe technique mis en oeuvre grâce à des matériaux, des formes, des dimensions, des mouvements. - Milieu technique : Le milieu technique correspond aux possibilités techniques disponibles à une époque donnée (matériaux, procédés de mise en forme, sources d’énergie). - Principe technique : Un principe technique désigne la loi ou l’idée (scientifique ou technique) mise en oeuvre dans la conception et le fonctionnement général d’un objet technique ou de l’un de ses blocs fonctionnels. - Lignée d’objets : Une lignée d’objets désigne une suite chronologique d’objets techniques répondant à un même besoin et construits selon le même principe technique. -Invention : Une invention est la découverte, la conception et la mise au point de quelque chose de nouveau. - Innovation : Une innovation est un changement, une nouveauté acceptée par les utilisateurs qui peut avoir comme origine un perfectionnemnt (objet ou procédé) ou un changement de technologie dû à une invention. Noms : Prénoms : Classe : dossier_élève.p65 Collège Chateaubriand - 89500 Villeneuve sur Yonne Page 9
