A - ÉTUDE DES CONSTRUCTIONS - PREMIÈRE ET TERMINALE

S'appuyant sur l 'étude générale des constructions, de la mécanique et de l'optique, l'enseignement de la construction des systèmes optiques permet d'aborder les problèmes liés à l'optique dans les systèmes techniques. Lors de l'analyse des solutions industrielles, l'accent sera mis tout particulièrement sur les solutions constructives spécifiques aux systèmes optiques.
Le développement des différents chapitres qui figurent aux programmes d'étude des constructions tiendra compte des besoins spécifiques à l'optique. Ce souci implique un choix attentif des supports d'enseignement, pour la construction comme pour la mécanique, qui permettront de mettre en évidence les solutions à privilégier.
Ce programme d'étude des constructions nécessite une association forte des enseignements de la mécanique et de la construction qui ne peut s'obtenir que si ces enseignements sont confiés à un même professeur.
Le programme doit être développé en étroite collaboration avec les professeurs d'Étude des systèmes techniques industriels (ESTI) et les professeurs de physique et de sciences physiques appliquées.

A.1 - Mécanique

A - OBJECTIFS DU PROGRAMME DE MÉCANIQUE

La mécanique est la science des lois du mouvement et de l'équilibre. Elle est la base du dimensionnement des mécanismes, des structures et ouvrages.
L'enseignement de la mécanique vise à donner aux élèves, à travers l'étude de systèmes réels, les connaissances et les méthodes leur permettant :
- la compréhension du comportement de tout ou partie du système ;
- le développement de capacités transversales (méthode, rigueur, analyse du réel et modélisation, validation expérimentale).
Il prend en compte le programme de physique de la classe de seconde.

B - PROGRAMME DE MÉCANIQUE

Le programme de mécanique décrit ci-dessous est présenté dans un ordre qui ne doit pas être nécessairement traduit par un déroulement chronologique.
Malgré tout, le chapitre 1. "Modélisation des liaisons et des actions mécaniques" parait être un préalable nécessaire.

1. Modélisation des liaisons et des actions mécaniques (25 heures environ)

1.1 Modélisation des liaisons
1.1.1 Solide
- Définition : solide - systèmes de solides.
- Repérage d'un solide par rapport à un autre solide.
1.1.2 Cinématique des liaisons entre solides dans le cas de liaisons sans jeu
- Cinématique du contact :
. contact ponctuel, contact linéique, contact surfacique ;
. surfaces en contact, repères locaux associés ;
. degrés de liberté - paramétrage des mouvements possibles.
- Liaisons élémentaires :
. définition, centre de liaison et repères locaux associés ;
. déplacements possibles et paramétrage ;
. schématisation normalisée (plane et spatiale).

1.2 Modélisation des actions mécaniques
1.2.1 Actions mécaniques sur un solide
- Notion de force :
. caractérisation d'une force ;
. moment en un point, calcul vectoriel du moment ;
. variation du moment d'un point à un autre.
- Système de forces :
. torseur associé ;
. éléments de réduction du torseur en un point.
- Actions mécaniques à distance :
. champs de forces volumiques ;
. effet de gravitation ;
. effets magnétiques et électromagnétiques,
modélisation par un torseur des actions à distance.
- Actions mécaniques de contact :
. champs de forces surfaciques ;
. actions d'un fluide sur la surface d'un solide ;
. actions d'un solide sur un autre solide :
actions ponctuelles : hypothèses simplificatrices, modélisation par un torseur, loi du frottement
actions linéiques et surfaciques.
1.2.2 Actions mécaniques dans les liaisons entre solides :
- Liaisons parfaites.
- Action mécanique transmissible par une liaison élémentaire parfaite :
. modélisation : torseur mécanique de liaison
 
 
 
. application aux liaisons : ponctuelle, plane, pivot, glissière, linéaire, pivot glissant, rotule ;
. composantes du torseur dans le repère local associé ;
. réciprocité avec les mouvements possibles.
1.2.3 Principe des actions mutuelles

1.3 Isolement d'un système de solides
- Graphe des liaisons.
- Frontière d'isolement.
- Identification des actions extérieures s'exerçant sur le système.
- Identification des actions intérieures au système par déplacement de la
frontière d'isolement.
* Remarque : l'analyse ne portera pas uniquement sur des mécanismes conduisant à une résolution par glisseurs coplanaires.

2 - Cinématique (30 heures environ)

2. Mouvement relatif de deux solides en liaison glissière ou pivot
2.1 Rappels
- définition de mouvements (rotation et translation) ;
- repère fixe, repère mobile ;
- paramétrage ;
- points coïncidants à un instant donné ;
- trajectoire des points d'un solide par rapport à un repère donné.

2.2 Caractérisation du mouvement d'un point d'un solide par rapport à un repère donné
- représentants vectoriels de la position, de la vitesse et de l'accélération ;
- champ des vecteurs vitesse d'un solide :
. en mouvement de translation,
. en mouvement de rotation autour d'un axe fixe ;
- pour un mouvement résultant de l'association de mouvements uniformes et uniformément variés ;
- représentation graphique (graphe des déplacements et des vitesses) ;
- expression analytique (relations entre déplacement, vitesse et accélération).

3 - Statique (25 heures environ)

3.1 Principe fondamental de la statique

- Traduction vectorielle du principe fondamental de la statique :
. théorème de la résultante ;
. théorème du moment.

3.2 Résolution d'un problème de statique
3.2.1 Hypothèses sur :
- le mécanisme ou la structure ;
- le mouvement ;
- les liaisons (géométriquement parfaites sans prise en compte du frottement).
3.2.2 Algorithme de résolution
- identification des inconnues ;
- ordonnancement des isolements ;
- possibilité de résolution du problème (isostatisme) ;
- choix d'une méthode de résolution (analytique ou graphique) et des moyens de calcul (assistance informatique ou non).
3.2.3 Méthode analytique de résolution
- avec ou sans assistance informatique.
3.2.4 Méthode graphique de résolution
- traduction graphique du principe fondamental dans le cas d'un solide soumis à deux ou trois actions modélisées par des glisseurs.

4. Cinématique optique (60 heures environ)

Ce chapitre sera traité en parallèle avec le cours d'optique géométrique et physique. Les résultats du cours d'optique géométrique et physique (réfraction, réflexion, association réfraction-réflexion) seront directement exploités dans ce chapitre.

4.1 Analyse et modélisation des systèmes optiques
- composants ;
- systèmes, systèmes centrés (dioptriques et catadioptriques) ;
- chéma optique ;
- marche des faisceaux ;
- diaphragme d'ouverture, pupille d'entrée et de sortie du système ;
- champs ;
- repère objet, repère image ;
- grandissement, nombres de réflexions.

4.2 Cinématique optique
4.2.1 Vecteur position
- liaison position objet-image.
4.2.2 Torseur cinématique
- caractérisation d'un petit déplacement.
4.2.3 Relations de bases
- entre le déplacement du plan objet et du plan image ;
- entre le déplacement du système optique et le déplacement du plan image.
4.2.4 Relations générales
- relation entre le déplacement du plan objet et du plan image pour le
déplacement d'un élément optique suivant un axe quelconque.

5 - Résistance des matériaux (10 heures environ)

5.1 Hypothèses de la Rdm
- sur le solide déformable ;
- sur les actions exercées.

5.2 Étude d'une poutre
- coupure, isolement d'un tronçon de poutre :
. torseur des efforts extérieurs sur le tronçon isolé,
. torseur des efforts de cohésion au barycentre de la coupure,
. relation entre le torseur des efforts extérieurs et le torseur des efforts de cohésion sur un tronçon de poutre isolé,
. dénomination des projections de la résultante et du moment ;
- actions locales dans une coupure, vecteur contrainte, projections du vecteur contrainte (contrainte normale et tangentielle).

5.3 Identification de la nature des sollicitations
- traction - compression.

5.4 Étude des sollicitations simples (traction - compression)
Exploitation et interprétation des résultats d'un essai de traction
(réalisé en construction) :
- Relation entre effort et déformation : loi de Hooke.
- Notion de contrainte.
- Module d'élasticité longitudinale (E).
- Limites élastique et de rupture.

6. Dynamique (10 heures environ)

Les études en dynamique se limiteront au cas des solides en mouvement uniforme ou uniformément varié dans le cas d'une translation rectiligne.
Expression vectorielle du principe fondamental de la dynamique dans le cas d'un solide en translation

C - ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES

L'enseignement de la mécanique repose sur :
- l'analyse détaillée du comportement d'un solide ou d'un système de solides face à un ensemble de facteurs favorisant ou modifiant :
. son équilibre (statique),
. son mouvement (cinématique et dynamique),
. sa forme (résistance des matériaux) ;
- le passage de la réalité physique à la modélisation vectorielle par une utilisation progressive d'outils mathématiques communs à l'ensemble du cycle de formation et permettant une conceptualisation et une quantification fine des phénomènes qui interviennent dans les mécanismes, structures et ouvrages ;
- la résolution des modèles vectoriels (analytique ou graphique) ;
- l'interprétation des résultats mathématiques obtenus, et leur confrontation avec la réalité technologique ;
- la maîtrise du système international d'unités ;
- l'approche expérimentale de phénomènes permettant aux élèves une concrétisation des connaissances et concepts mis en évidence (approche de découverte et de validation) ;
- l'utilisation de moyens modernes de traitement des données (logiciels de calcul et de simulation) ;
- la rigueur dans la saisie des données et l'analyse méthodique des résultats issus d'un calculateur.
L'enseignement de la mécanique et de l'optique se doit :
- de ne pas dissocier aspects technologiques et résolution des problèmes ;
- de développer chez les élèves l'aptitude à :
. analyser les données disponibles,
. comprendre et interpréter les phénomènes observés,
. modéliser à partir d'hypothèses justifiées,
. choisir la méthode de résolution la plus adaptée,
. choisir les moyens de calcul ou d'assistance au calcul,
. interpréter les résultats obtenus ;
- d'être rigoureux quelle que soit la complexité du système étudié ;
- enfin le bachelier technologique doit au cours de sa formation bénéficier d'une synergie des enseignements de construction, de mécanique, d'optique, d'étude des systèmes techniques industriels (ESTI), de sciences physiques appliquées et prendre conscience de cette nécessaire complémentarité.

D - COMPÉTENCES ATTENDUES

On trouvera dans ce chapitre, pour chacun des paragraphes du programme, la compétence que l'on attend des élèves à l'issue du cycle de formation de première et terminale préparant au baccalauréat technologique STI, spécialité "Génie Optique".

1. Modélisation des liaisons et des actions mécaniques

En possession de :
- dessins d'ensembles ou/et de schémas,
- catalogues ou notices techniques,
- structures et/ou mécanismes réels :
. isoler un système ;
. dresser le bilan des actions mécaniques extérieures qui s'exercent sur le système matériel isolé (caractère plan ou spatial) ;
. modéliser les actions mécaniques subies par le système (hypothèses fournies).

2. Cinématique

À partir d'un dessin de mécanisme et/ou de fiches techniques :
a) un solide étant lié à un autre solide par une liaison glissière ou pivot parfaitement définie, l'un des solides étant fixe :
- le graphe des vitesses étant donné :
. établir la loi du mouvement,
. déterminer les caractéristiques de ce mouvement ;
- une loi de mouvement étant donnée, et une caractéristique spécifiée (course, Vmax) :
. établir les expressions algébriques du mouvement ;
. tracer les graphes associés.
b) un mécanisme dont le traitement peut être effectué au moyen d'une projection sur un plan défini :
- construire le graphe des liaisons ;
- le paramétrage étant donné, déterminer graphiquement (ou analytiquement) les champs des vecteurs vitesse des solides et les relations entre les mouvements.

3. Statique

À partir d'un système réel ou des dessins et notices le définissant :
- justifier les hypothèses simplificatrices (données) au niveau des liaisons ;
- vérifier que le problème est résoluble ;
- élaborer un ordonnancement des isolements ;
- déterminer analytiquement ou graphiquement les actions de liaison ;
- interpréter les résultats obtenus par un retour à la technologie mise en œuvre : performances, validation de solutions constructives.

4. Cinématique optique

À partir d'un système réel ou et des dessins, des schémas et notices le définissant :

4.1 Analyse et modélisation des systèmes optiques (dioptriques et catadioptriques)
- modéliser le système optique par ses éléments cardinaux et les pupilles d'entrée et de sortie (cas limité à un système comportant un seul diaphragme identifié comme diaphragme d'ouverture) ;
- déterminer les conjugués du plan image ou objet ;
- déterminer la position et la nature des pupilles ;
- rechercher la position, la nature et le sens des images ;
- construire la marche d'un rayon qui traverse le système :
. en marche réelle,
. en marche paraxiale ;
- tracer la marche d'un faisceau qui traverse le système ;
- déterminer le grandissement ;
- déterminer le champs.

4.2 Cinématique optique
- écrire les relations de base pour un élément optique du système centré ;
- analyser et exploiter les relations générales pour un défaut de centrage, de focalisation, de basculement ;
- interpréter les résultats obtenus sur la nécessité ou non d'un réglage usine.

5. Résistance des matériaux

Connaissant les actions mécaniques exercées sur un solide :
- déterminer le torseur de cohésion au barycentre d'une coupure
- en déduire :
. la nature des sollicitations,
. la valeur des contraintes et de la déformation dans le cas de poutres sollicitées en traction, ou en compression,
. la valeur de la déformation en traction ou compression.

6. Dynamique

Pour un élément d'actionneur ou d'un mécanisme entièrement défini (dessins, fiches techniques, ...), en mouvement de translation :
- dentifier et analyser :
. les actions extérieures ou de liaison permettant d'obtenir une vitesse spécifiée ;
. les actions de liaison et la vitesse de déplacement pour une action extérieure imposée.
* Remarques :
En classe de première et de terminale, des logiciels de calcul assisté par Ordinateur devront permettre de traiter les applications concernées par l'ensemble des chapitres précédents. Et tout particulièrement pour les notions définies ci-dessous qui ne donneront pas lieu à des compétences exigibles, mais dont l'approche permettra de compléter utilement l'étude d'un système.
Transmission de l'énergie lumineuse :
· évaluation de l'évolution du flux lumineux à travers un système optique ;
· notion de quantité d'énergie lumineuse nécessaire.

E - SPÉCIFICATION DES NIVEAUX D'ACQUISITION

Afin de préciser le niveau des différentes questions à traiter dans le programme, en relation avec les compétences attendues, le tableau ci-après spécifie les niveaux d'acquisition à attendre à l'issue de la classe de terminale.
Il doit permettre de guider le professeur dans le développement de son enseignement. À chaque point du programme est associé un niveau repéré de 1 à 4.

F - COMMENTAIRES

Chapitre 1 - Modélisation des liaisons et des actions mécaniques

L'expérience de l'enseignement dans les classes de BTS a permis de constater que les élèves de terminale avaient dans le domaine de la mécanique acquis des connaissances et des méthodes qui privilégient le procédé de résolution aux dépends de démarches structurées d'analyse.
L'ambition de ce chapitre est d'obtenir très tôt une grande rigueur dans la démarche de modélisation. Il vise à partir d'assemblages réels à :
- identifier la liaison, le modèle cinématique de l'assemblage ;
- modéliser les actions mécaniques par le torseur des actions mécaniques.
Les conditions et hypothèses conduisant à ces modélisations seront toujours fournies aux élèves.
Dans le cas où la modélisation présente des difficultés, le modèle mathématique représentant l'action mécanique devra lui aussi être fourni. Ce qui importe et paraît prépondérant c'est que la démarche de modélisation soit explicite pour l'élève.
D'autre part, sur des exemples soigneusement choisis, il sera intéressant de faire percevoir et donc d'analyser avec les élèves l'incidence du choix du modèle sur les résultats obtenus.
En ce qui concerne le torseur mécanique de liaison, il s'agit exclusivement de définir, et cela procède de la rigueur du vocabulaire, un modèle mathématique caractérisé par une résultante et un moment sans entrer dans les propriétés de ce modèle (au sens des mathématiques). Aucune représentation de ce modèle (vectorielle, coordonnées dans une base de donnée) n'est à privilégier.
Par contre, l'utilisation du produit vectoriel nécessitera une aide du professeur de mathématiques (cf. BO Spécial n°2 du 2 novembre 1991, page 15).
En ce qui concerne les compétences attendues, si les deux premiers alinéas ne posent pas de problème particulier, la modélisation des actions subies par le système impose :
- que cette exigence ne concerne que les cas ou la modélisation est simple (glisseur) compte tenu des hypothèses qui seront toujours fournies ;
- que les modèles dont l'écriture est difficile soient fournis.
Des travaux pratiques illustrant les phénomènes de contact entre surfaces (frottement, adhérence,...), la géométrie des liaisons et la dualité entre mouvement possible et efforts transmissibles, devront être mis en place.

Chapitre 2 - Cinématique

Ce chapitre s'appuie sur des connaissances acquises en seconde.
Il appelle peu de commentaires dans la mesure où il reprend les grandes lignes des programmes antérieurs.
Il convient de préciser que comme toute représentation schématique, le graphe des liaisons n'a de raison d'être que s'il apporte une aide à la compréhension du système ou si son exploitation est de nature à aider à la résolution.
Les supports d'étude seront choisis de manière à lier l'étude cinématique à des caractéristiques de fonctionnement de systèmes optiques (par exemple : commande d'objectif à focale variable).
Il est important de noter que pour certains exemples l'utilisation de logiciels de simulation peut s'avérer particulièrement judicieuse (recherche de positions particulières, visualisation de trajectoires, ...).

Chapitre 3 - Statique

Les connaissances identifiées dans ce chapitre appellent quelques commentaires :
- Le théorème de la résultante et celui du moment doivent être présentés comme la traduction vectorielle du principe fondamental afin que les élèves n'associent pas, comme c'est le cas très souvent, le seul théorème de la résultante à une situation d'équilibre du système isolé.
- La démarche proposée dans le paragraphe 3.2.2. (Algorithme de résolution) doit permettre d'effectuer, pour la résolution, un choix raisonné entre la méthode graphique et la méthode analytique.
- Dans le cadre de l'utilisation d'une méthode analytique de résolution, l'aide informatique doit trouver la place qui lui revient. Cet outil doit être privilégié dès lors que le nombre des actions est important et obligatoirement utilisé si les modèles associés aux actions mécaniques ne sont pas des glisseurs coplanaires.
- Les supports d'étude seront choisis de manière à lier l'étude statique à des caractéristiques de fonctionnement de systèmes optiques (par exemple : compensateur de niveau utilisé en topographie).

Chapitre 4 - Cinématique Optique

L'expérience de l'enseignement dans les classes de BTS a permis de constater que les élèves de terminale avaient dans le domaine de l'optique acquis des connaissances et des méthodes qui privilégient le procédé de résolution aux dépends de démarches structurées d'analyse.
L'ambition de ce chapitre est d'obtenir très tôt une grande rigueur dans la démarche de modélisation.
Il vise à partir de réalisations industrielles à :
- identifier la fonction optique ;
- modéliser les composants ;
- modéliser le système étudié.
Les conditions et hypothèses conduisant à ces modélisations seront toujours fournies aux élèves.
Dans le cas où la modélisation présente des difficultés, le modèle mathématique représentant les relations générales devra lui aussi être fourni. Ce qui importe et paraît prépondérant c'est que la démarche de modélisation soit explicite pour l'élève.
En ce qui concerne le torseur cinématique, il s'agit exclusivement de définir, et cela procède de la rigueur du vocabulaire, un modèle mathématique caractérisé par une résultante et un moment sans entrer dans les propriétés de ce modèle (au sens des mathématiques). Aucune représentation de ce modèle (vectorielle, coordonnées dans une base de donnée) n'est à privilégier.
Par contre l'utilisation du produit vectoriel nécessitera une aide du professeur de mathématiques (cf. BOEN Spécial n° 2 du 2 novembre 1991, page 15).
Il est important de noter que pour certains exemples l'utilisation de logiciels de simulation peut s'avérer tout a fait judicieuse (recherche de positions particulières, visualisation de la marche des rayons optiques, détermination des caractéristiques optiques du système.....) et notamment dans le cas d'application visant des études à caractère photométrique.

Chapitre 5 - Résistance des matériaux

Le programme de Résistance des matériaux porte essentiellement sur l'étude d'une sollicitation et l'identification des autres sollicitations simples.
Cette identification passe par la définition du torseur représentant les actions de cohésion.
Ainsi une coupure réalisée dans une poutre dont la ligne moyenne est préalablement orientée (O, x), par exemple, permet d'isoler le tronçon de poutre de gauche (noté 1) et d'identifier les actions du tronçon de droite (noté 2) sur le tronçon de gauche. Ces actions représentent les actions de cohésion.
On note :

L'étude de la sollicitation de traction sera assez complète avec une étude expérimentale indispensable.

Chapitre 6 - Dynamique

Ce chapitre dont les ambitions sont particulièrement modestes est limité à l'étude de solides en mouvement de translation.
Il importe que l'écriture vectorielle du principe fondamental de la dynamique se traduise effectivement par deux relations même si la résolution du problème n'exige que l'exploitation d'une seule des deux relations. De la même façon le cas des mouvements uniformes permettra de montrer de manière cohérente la relation entre principe fondamental de la dynamique et principe fondamental de la statique.

A.2 - Construction

A. OBJECTIFS DU PROGRAMME DE CONSTRUCTION

La construction est l'art d'appliquer de manière pondérée les connaissances fondamentales de mécanique d'optique et de physique à la réalisation de systèmes optiques, de mécanismes et d'ouvrages, répondant à un cahier des charges fonctionnel.
Le programme de construction s'inscrit dans le prolongement de l'enseignement de Technologie des Systèmes Automatisés (TSA) de la classe de seconde.
A travers l'étude de produits industriels réels et actuels, l'enseignement de la construction vise à faire acquérir aux élèves les connaissances, les méthodes et les démarches leur permettant :
- l'analyse des fonctions, la compréhension de leur agencement et leurs solutions technologiques dans un contexte industriel précis (marchés, performances, coûts), de tout ou partie d'un système ;
- l'appréhension avec rigueur et méthode des problèmes à variables et critères multiples caractéristiques d'un domaine industriel fortement évolutif et créatif ;
- la découverte, à travers la diversité historique et actuelle des solutions et des moyens, de la permanence des fonctions à assurer ;
- l'utilisation des moyens modernes de la communication technique (méthodes de description et de représentation) ;
- une approche rigoureuse des problèmes de qualité et de maîtrise de la valeur ;
- l'appréhension, à travers la continuité historique du développement technologique, des facteurs susceptibles de provoquer des évolutions ou des ruptures.
Le développement des différents chapitres qui figurent dans le programme tiendra compte des besoins spécifiques de l'optique. Ce souci implique un choix attentif des supports d'enseignement, pour la construction comme pour la mécanique, qui permettront de mettre en évidence les solutions à privilégier.
La cohérence et la progressivité des apprentissages imposent que les programmes d'optique, de construction et de mécanique soient enseignés par le même professeur.

B - PROGRAMME DE CONSTRUCTION

1. Compétitivité des produits industriels (12 heures environ)
Ce chapitre a pour objet d'intégrer l'analyse technologique des produits à une évolution historique et économique marquée par des ruptures (innovations), des changements de contexte, par la prise en compte de besoins nouveaux (personnalisation des produits) par l'interdépendance des techniques (micro-électronique, informatique...).
D'un point de vue méthodologique, on pourra préciser pour chaque produit étudié les éléments caractéristiques de cette approche (date de mise sur le marché, prix de vente, quantités, brevets...).
1.1 Typologie des marchés de produits industriels
1.2 Famille de produits
- nécessité (vis à vis du marché, de l'entreprise ...) ;
- incidence sur la conception, la production, la distribution, la maintenance.
1.3 Cycle de vie d'un produit
- étapes du cycle, durée ;
- fonctions associées au cycle de vie :
. conception et production,
. commercialisation,
. utilisation (fonctions techniques et fonctions d'estime),
. maintenance,
. destruction.
1.4 Composantes de la compétitivité des produits
- les coûts :
. typologie,
. notion de "Conception pour un Coût Objectif" ;
- la qualité :
. définition,
. les performances techniques et les indicateurs de performance,
. fiabilité,
. maintenabilité,
. compromis fiabilité-maintenabilité (cas limites : produits jetables),
. coût de la non qualité ;
- disponibilité du produit pour le client :
. standardisation et personnalisation des produits,
. normalisation ;
- l'innovation :
. les sources de l'innovation,
. les méthodes de l'innovation :
approche systémique,
information et documentation industrielles ;
. la protection industrielle :
brevets : objets et méthodes,
l'Institut National de la Propriété Industrielle.
1.5 Méthodes associées à la recherche de la compétitivité
- l'analyse de la valeur en conception :
. démarche fonctionnelle :
besoins, fonctions, contraintes,
Cahier des Charges Fonctionnel (NF 50-150 et 50-151),
analyse de la répartition des coûts par fonction ;
. moyens et outils (notions),
. l'analyse fonctionnelle (voir chapitre 2).
* Remarques :
D'un point de vue méthodologique, les concepts contenus dans ce premier chapitre pourront être introduits selon deux approches :
- une approche systématique, consistant à indiquer pour chaque produit les
composantes de sa compétitivité ;
- une approche comparative permettant d'apprécier ce produit par l'étude :
. d'une famille de produits de même type et de même génération
. des générations successives d'un produit chez un constructeur.
Dans ce contexte il est indispensable que les supports techniques utilisés pour la formation des élèves soient représentatifs de produits industriels compétitifs et modernes.

2. Analyse fonctionnelle des produits industriels (15 heures environ)

2.1 Identification des fonctions
- milieu environnant le produit ;
- désignation des fonctions, fonctions de service, fonction technique.
2.2 Caractérisation et hiérarchisation des fonctions
- flux de matière d'oeuvre, énergie d'information ;
- informations nécessaires à l'activité ;
- relations entre fonction de service - fonction technique et solutions.
2.3 Outils de l'analyse fonctionnelle et temporelle
2.3.1 Utilisation d'outil pour définir une organisation fonctionnelle
- blocs fonctionnels, entrées/sorties, données de contrôle ;
- décomposition de fonctions en sous fonctions ;
- analyse descendante, notion de niveau d'analyse ;
- arbres de fonctions : FAST.
2.3.2 Utilisation d'outils pour définir l'évolution temporelle
- diagrammes de tâches ;
- chronogrammes ;
- graphes.
2.3.3 Cahier des charges fonctionnel d'un produit industriel (cf.normes)
- but ;
- présentation.

3 - Les outils de communication technique

Cet enseignement ne donnera pas lieu à un développement spécifique mais sera naturellement intégré à l'ensemble des autres chapitres.
3.1 Outils d'analyse et de description fonctionnelle des systèmes
- voir chapitre 2. analyse fonctionnelle des produits industriels.
3.2 Outils de représentation des solutions matérielles
- dessin de projet au crayon et assisté par ordinateur :
. représentation des formes géométriques simples et de leurs combinaisons sur plusieurs vues,
. vues locales,
. représentation conventionnelle des composants et constituants de liaison, normalisation ;
- nomenclature et légendes ;
- notices de montage.

4 - Étude des liaisons mécaniques (50 heures environ)

Le développement de ce chapitre devra tenir compte des spécificités technologiques des systèmes optiques ce qui implique un choix attentif des supports de formation.
4.1 Analyse de la valeur des liaisons
- critères de réalisation ;
- critères d'utilisation ;
- critères de durée de vie ;
- critères de maintenabilité.
4.2 Caractère d'une liaison réelle simple entre solides
- cinématique (mobilité, voir cours de mécanique) ;
- indicateurs de qualité de la liaison.
4.3 Chaînes de liaisons entre solides
- graphe des liaisons ;
- applications du graphe des liaisons à la détermination d'une chaîne de cotes (unidirectionnelle) relative à une condition de fonctionnement.
4.4 Liaisons complètes : solutions constructives
- assemblage par éléments filetés :
. typologie,
. dimensionnent ;
- assemblage par déformation :
. frettage,
. clipsage ;
- assemblage avec élément d'apport :
. collage.
4.5 Guidages en rotation et en translation
- typologie des liaisons par composants à éléments roulants (roulements, butées) ;
- liaisons par paliers lisses ;
- conditions de fonctionnement de ces liaisons.
4.6 Étanchéité et protection des liaisons
- étanchéité entre pièces mobiles ou taxes ;
- applications : joints composites ;
- protection contre l'introduction de corps étrangers.

5 - Chaînes cinématiques (30 heures environ)

Le développement de ce chapitre devra également tenir compte des spécificités technologiques des systèmes optiques ce qui impliquent un choix attentif des supports de formation.
5.1 Constituants des chaînes cinématiques
- actionneurs moteurs électriques et micromoteurs :
. description et applications, en liaison avec les cours d'Analyse et de mise en oeuvre de systèmes optiques (AMOSO) et d'Automatique, d'informatique industrielle et d'électronique (AIIE) ;
. caractéristiques principales (action mécanique développée, vitesse...) ;
- transmetteurs de puissance pour mouvements de rotation :
. transmissions par courroies à rapport constant ;
. réducteurs à engrenages à trains simples ;
- transmetteurs de puissance avec conversion de rotation en translation et réciproquement :
. mécanismes vis-écrou,
. pignon-crémaillère,
. cames ;
- constituants industriels modulaires à guidage intégré.

6 - Les matériaux (15 heures environ)

6.1 Relation produit-fonctions-procédé-matériau
- critères de choix d'un matériau liés à 1'environnement du produit, aux fonctions à assurer, au procédé d'élaboration.
6.2 Étude des matériaux
- matériaux optiques : propriétés fondamentales ;
- matériaux métalliques : acier, fontes, aluminium et ses alliages, cuivre et ses principaux alliages ;
- matériaux plastiques et élastomères : propriétés fondamentales ;
- matériaux composites : notions.
6.3 Étude expérimentale du comportement d'un matériau sous l'effet d'actions mécaniques
- essais de traction ;
- caractéristiques mécaniques principales d'un matériau :
. nature,
. ordre de grandeur pour quelques matériaux (acier, fonte, alliages légers, plastiques, composites et verre).

7 - Conception des systèmes optiques (70 heures environ)

Ce chapitre, en plus des connaissances spécifique abordées, doit conduire à un enseignement de synthèse de l'ensemble du domaine de la construction.
7.1 Principales fonctions optiques
- former une image (objectif) ;
- dévier un faisceau (prismes, miroirs) ;
- filtrer un faisceau ;
- polariser un faisceau ;
- diaphragmer un faisceau ;
- comparer (réticule), mesurer (micromètre) ;
- séparer un faisceau (lames traitées, prismes) ;
- recevoir une image (écran, cellule, dépoli, oeil) ;
- transporter, redresser une image (véhicule, prismes) ;
- observer une image (oculaire, loupe) ;
- traiter une image ;
- transmettre une information (fibre optique...).
7.2 Schéma optique
- transmission optique.
7.3 Structure des systèmes optiques
Les dispositifs de réglages optiques seront traités en parallèle avec le cours de
cinématique optique.
L'accent sera mis sur la différence entre les réglages usine et utilisateur :
- montage et réglage radial (centrage des réticules et des lentilles) ;
- montage et réglage en focalisation (objectifs, oculaires) ;
- montage et réglage en déversement, basculement ;
- montage et réglage en position, orientation (prismes, capteurs, ...).
7.4 Montage des composants optiques
- montage des lentilles ;
- montage des prismes ;
- montage des miroirs ;
- montage des lames à faces parallèles ;
- montage isostatique de composants optiques.
7.5 Incidence des procédés d'obtention et d'assemblage sur les caractéristiques optiques
- moulage ;
- usinage.
7.6 Définition des composants optiques et mécaniques
- cotation dimensionnelle ;
- tolérancement ;
- états de surface.

C - ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES

La démarche

L'enseignement de la construction, destiné aux élèves de première et terminale qui préparent un baccalauréat technologique STI, "Génie Optique" vise à leur faire acquérir une démarche analytique qui prend appui sur des produits ou systèmes réels intégrant des fonctions optiques.
Cette analyse doit permettre aux élèves :
- d'appréhender d'une manière non exhaustive les solutions constructives les plus couramment utilisées ;
- de développer leur sens critique et leur jugement, par exemple en comparant diverses solutions en présence du cahier des charges fonctionnel.

La communication technique

Il s'agit de développer chez l'élève sa capacité de communication et en particulier ses aptitudes :
- à présenter par écrit, sous la forme la plus appropriée, le résultat de ses travaux, de ses analyses, de ses recherches ou de ses réflexions (textes, schémas, dessins, croquis...) ;
- à s'exprimer avec rigueur en veillant à l'exactitude du vocabulaire utilisé ;
- à effectuer avec goût un travail bien fait dans le respect des contraintes fixées.

Conséquences sur l'enseignement de la construction

Ainsi, l'enseignement de la construction repose sur la connaissance :
- des concepts et du vocabulaire technique de base ;
- des outils de description et de communication :
. pour analyser des produits ou des systèmes industriels,
. pour élaborer un document de qualité, conforme aux règles de normalisation ;
- de la manière d'exploiter des documentations industrielles.

D - COMPÉTENCES ATTENDUES

On trouvera dans ce chapitre, pour chacun des paragraphes du programme, la compétence que l'on attend des élèves à l'issue du cycle de formation de première et terminale préparant au baccalauréat technologique STI, "Génie Optique".

1. Compétitivité des produits industriels

3. Outils de la communication technique

À partir : - d'un schéma technologique, du cahier des charges fonctionnel, de documents relatifs aux composants et constituants nécessaires :
- représenter sous forme d'un ensemble de dessins, croquis, une solution constructive pour une liaison (complète, pivot. glissière). L'élève devra pouvoir préciser les critères du cahier des charges exploités ou privilégiés.
À partir d'un plan d'ensemble d'un appareil d'optique :
- représenter un schéma cinématique ;
- représenter un schéma optique.

4. Étude des liaisons mécaniques

Un ouvrage ou un mécanisme industriel actuel étant défini par tout ou partie de son Cahier des Charges Fonctionnel, un ensemble de plans et documents du constructeur, les données nécessaires sur les performances, étant fournis, on demande :
- pour une chaîne de composants et de liaisons relative à une fonction technique spécifiée (et comportant au plus 5 liaisons), de :
. construire le graphe des liaisons associé à cette fonction technique,
. caractériser les surfaces fonctionnelles de chacune des liaisons (nature des liaisons composantes, axes des liaisons, repérage),
. identifier au moins une condition fonctionnelle relative à la fonction technique,
. construire une chaîne de cotes unidirectionnelle associée à une condition fonctionnelle précise (4 à 5 composantes au maximum),
. construire le graphe de montage ou de démontage associé à cette fonction technique ;
- pour un guidage en translation ou en rotation :
. construire le graphe des liaisons composant le guidage,
. caractériser les éléments et les surfaces fonctionnelles du guidage,
. identifier les conditions fonctionnelles relatives à la fonction de guidage.

5. Chaines cinématiques

Une chaîne de commande, réelle ou définie par un plan ou un schéma cinématique accompagnée de données, étant fournie :
- déterminer ses caractéristiques cinématiques.

6. Les matériaux

Étude des matériaux :
En présence :
. d'un produit défini par un dessin de projet,
. d'une nomenclature,
. de tout ou partie d'un Cahier des Charges Fonctionnel,
. des normes de désignation des matériaux :
- identifier et caractériser le (s) matériau (x) utilisé (s).
Pour le produit précédemment défini et connaissant :
. les fonctions techniques à assurer,
. les caractéristiques attendues des liaisons,
. les contraintes de réalisation (techniques et économiques) :
- justifier le choix de la classe du matériaux du matériau.

7. Conception des systèmes optiques

À partir d'un produit défini par :
. un dossier de plans,
. des schémas,
. une nomenclature,
. tout ou partie d'un Cahier des Charges Fonctionnel,
. des normes de désignation des matériaux,
. des caractéristiques des composants optiques :
- identifier les fonctions optiques et les composants associés ;
- construire tout ou partie du schéma optique ;
- identifier les relations fonctionnelles entre les composants ;
- identifier le type de réglage nécessaire ;
- agencer des solutions constructives répondant aux besoins des réglages ;
- concevoir des éléments porteurs pour guider et implanter les composants optiques dans des conditions optimales ;
- analyser et comparer l'incidence des moyens d'obtention ;
- compléter ou établir un dessin de définition d'un composant optique ou mécanique.

E - SPÉCIFICATION DES NIVEAUX D'ACQUISITION

Afin de préciser le niveau des différentes questions à traiter dans le programme, en relation avec les compétences attendues, le tableau ci-après spécifie les niveaux d'acquisition à attendre à l'issue de la classe de terminale.
Il doit permettre de guider le professeur dans le développement de son enseignement. À chaque point du programme est associé un niveau repéré de 1 à 4.

F - COMMENTAIRES

La conception des produits industriels résulte d'un compromis entre des contraintes fonctionnelles et économiques. La compétitivité des produits industriels modernes a pris sa place dans les programmes. Dans ce contexte, il est indispensable que les supports techniques destinés à la formation des élèves soient constitués par des produits industriels compétitifs et modernes répondant à des besoins spécifiés.

Chapitre 1 : Compétitivité des produits industriels

Ce premier chapitre qui fait appel à des concepts nouveaux amène à quelques commentaires. Aucune compétence associée aux informations et connaissances qu'il contient n'est demandée aux élèves.
Cette remarque fondamentale conduit à ne pas faire un cours magistral relatif aux connaissances et concepts listés dans le programme, mais d'intégrer, lors de l'étude de systèmes techniques, à l'analyse technologique des produits, une approche des éléments participant à la compétitivité.
À cet effet, l'étude comparative :
- d'une famille de produits d'une même génération ;
- de générations successives d'un produit chez un constructeur ;
- de produits de même fonction réalisés dans des matériaux différents, devra être privilégiée.
Elle devra permettre d'intégrer aux études techniques, les évolutions historiques, économiques, écologiques, mettant en évidence les innovations, la prise en compte des besoins nouveaux...
Ces études comparatives permettent souvent d'illustrer sur des exemples simples :
- la qualité (avec quelques indicateurs précis comme la fiabilité ou la maintenabilité) ;
- la disponibilité (avec l'importance de la standardisation des composants et la modularité des constituants).
Les problèmes soulevés par la fin de vie d'un produit doivent être abordés tout au long de l'enseignement en "Étude des Constructions". L'importance économique et écologique de cette étape du cycle de vie d'un produit doit être présentée dans toutes les études.
Les solutions proposées devront être recherchées, par les professeurs, auprès des organismes et des industriels du domaine et présentés de manière critique.
L'ensemble du chapitre peut également être illustré par l'étude locale d'une entreprise : exemple de son adaptation au marché et évolution des méthodes de conception et d'élaboration des produits qu'elle fabrique.

Chapitre 3 - Les outils de la communication technique

L'enseignement de ce chapitre nécessite une bonne connaissance des acquis des élèves ayant suivi l'option "TSA".
Il doit conduire à l'élaboration de schémas et de dessin dans les limites précisées dans le chapitre : "D. Compétences attendues".
Pour cette élaboration, l'outil informatique doit être privilégié en étant attentif au fait que son introduction modifie non seulement l'outillage disponible pour la réalisation des représentations graphiques, mais aussi l'approche de la conception par une utilisation d'entités paramétrables (composants standards, bibliothèques de pièces).
En ce qui concerne le dessin de définition du produit, la liaison évidente avec l'enseignement de la métrologie doit conduire à une coordination entre les enseignants concernés afin que les connaissances à acquérir soient abordées dans une même période, avec la même rigueur et avec le souci de montrer que la cotation et la mesure sont associées dans la définition et le contrôle des produits.

Chapitre 4 - Étude des liaisons mécaniques

Ce chapitre aborde les solutions classiques d'assemblage ou de guidage dont la modélisation cinématique est traitée en cours de mécanique.
Au plan méthodologique, il paraît préférable de dégager à partir d'étude de cas suffisamment nombreuses les règles et conditions d'emploi des diverses solutions et d'organiser à partir de ces études de cas des leçons de synthèse qui permettront aux élèves de dégager les connaissances fondamentales et les règles à retenir.
L'utilisation de documents industriels et la validation des solutions proposées à l'aide de logiciels industriels devront être privilégiées.
L'approche concrète dans le cas de travaux pratiques est indispensable.

Chapitre 5 - Chaînes cinématiques

Dans ce chapitre qui aborde les solutions constructives générales, le professeur s'attachera également à mettre en évidence : leurs spécificités dans le domaine des systèmes optiques et l'incidence de la précision des mouvements (espace, temps) en fonction des performances optiques attendues.
Il sera également nécessaire de bien différencier les dispositifs conduisant à des mouvements fonctionnels des dispositifs statiques de réglage.

Chapitre 6 - Les matériaux

L'étude de la relation Matériau - Procédé - Fonction est un ensemble trop vaste pour envisager une étude exhaustive. Il n'y a d'ailleurs pas de compétence exigée dans ce domaine.
Il conviendra de profiter des différentes études de produits pour mettre en évidence :
- les noyaux de propriétés de diverses familles de matériaux ;
- l'importance du choix du matériau en relation avec son procédé d'élaboration et particulièrement lorsqu'il conduit à l'intégration de différentes fonctions.

Chapitre 7 - Conception des systèmes optiques et Analyse fonctionnelle des produits industriels

Il importe dans ce chapitre de bien distinguer les connaissances abordées des compétences attendues. En particulier l'aptitude à identifier une fonction par :
- sa situation ;
- les données qui agissent sur la fonction ;
- le moyen technique qui la réalise requiert des capacités de lecture, et non d'écriture.
En conséquence, la représentation analytique structurée sera fournie aux élèves afin d'aider par une description rigoureuse de l'agencement des fonctions à une identification de celle sur laquelle portera l'étude.
On devra donc s'interdire l'écriture avec les élèves de ce type de description.
Le contenu du programme d'étude des constructions" demande aux professeurs de construction de travailler en étroite collaboration avec les professeurs d'ESTI, de physique appliquée, de façon à s'assurer que le programme est intégralement traité et sans redondance. En particulier, lorsque cela est possible, il est judicieux de procéder à l'analyse fonctionnelle des systèmes optiques en construction en liaison avec les nseignements de travaux pratiques (ESTI).
L'enseignement de la construction se fera à partir de supports optiques permettant d'aborder de manière homogène les différentes parties du programme.
7.1 Principales fonctions optiques
Cette partie du programme invite particulièrement à étudier des systèmes pluritechnologiques.
Un développement judicieux et cohérent implique une liaison très étroite entre le cours et les travaux pratiques (ESTI).
C'est à partir d'étude de cas que certains aspects de la construction optique, abordés par ailleurs, seront approfondis et que sera mis en place la connaissance des principales fonctions optiques.
7.2 Schéma optique
Pour établir les relations entre les informations d'entrée et de sortie, l'appareil d'optique est en général une association de composants optiques, mécaniques, électroniques. La connaissance technologique de ces différents domaines est donc nécessaire.
L'étude des tracés de rayons dans un système optique se fera en liaison avec le cours de sciences optiques.
Les épures et les calculs optiques simples ont pour but d'expliciter les idées et les principes généraux et de mettre en évidence les particularités du problème de construction posé.
Cet enseignement utilisera avec profit les possibilités des logiciels spécialisés permettant de s'affranchir de connaissances mathématiques et physiques non abordées dans les programmes concernés.
7.3 Structure des systèmes optiques
L'enseignement sera construit à partir d'exemples industriels caractéristiques de l'optique.
Pour aborder l'étude, le professeur, à partir du cahier des charges du produit s'attachera à :
- clarifier :
. les notions de performances (relations objet-image, champ, qualité de l'image, rendement photométrique),
. les critères technologiques (milieu physique, milieu humain, milieu économique, milieu technique) ;
- montrer ultérieurement la relation qui existe entre les caractéristiques d'une solution technologique et son contexte donné.
En effet, il est important de mettre en évidence les problèmes relatifs aux tolérances de position des composants et leur impact sur les phénomènes optiques. C'est essentiellement le compromis optique-mécanique qui oriente l'organisation de la construction mécanique et le choix du principe de réglage retenu. À ce niveau il y a imbrication des connaissances liées aux activités théoriques (optique, mécanique, construction) et pratiques (production).
7.4 Montage des composants optiques
Les particularités liées à l'intégration des composants optiques seront développées en cohérence avec le chapitre Etude des liaisons mécaniques.
7.5 Incidence des procédés d'obtention et d'assemblage sur les caractéristiques optiques
7.6 Définition des composants
La détermination des volumes élémentaires constituant les pièces nécessite la prise en compte d'un certain nombre de facteurs notamment des procédés d'obtention et d'assemblage. Il est indispensable que les élèves puissent faire appel à des données acquises en travaux pratiques de fabrication. Il est souhaitable de conduire l'étude de dimensionnement et de tolérancement des composants optiques avec le cours de fabrication optique.
La liaison des activités de réalisation et de contrôle doit faciliter l'approche des problèmes de définition de produit. L'objectif est d'aboutir à des documents rigoureux et respectant la normalisation.