Remerciements
Je tiens à remercier l’ensemble des personnes ayant participé de près ou de loin
à l’élaboration de ce projet pédagogique.
L’équipe du lycée Jolimont, des professeurs au magasinier, qui ont su
m’accorder le temps nécessaire à la recherche, à la fabrication et à l’analyse de
ce mémoire.
Je remercie particulièrement Marcel BARCET et Pascal FAITG pour leur
disponibilité et leur investissement.
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Sommaire
1 – Présentation du Lycée Page 3
2 – Présentation du sujet de mémoire Page 4
3 – Séquence pédagogique proposée Page 6
4 – Retour sur l’enseignement Page 9
5 – Conclusion Page 12
ANNEXES
Travail Préparatoire
Documents TP
Synthèse TP
Présentation de la construction mécanique
Documents élèves
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1 – Présentation du Lycée
Le Lycée JOLIMONT est situé à
Toulouse dans le département de la
Haute-Garonne.
Ce lycée technique et professionnel a
est fort de plus de 120 professeurs
dans de nombreuses spécialités.
Au lycée technique, l’enseignement de
la construction mécanique touche
plusieurs sections : Seconde ISI,
Premières et Terminales SSI, STI
option A, STI Option B, STI Génie
Electrotechnique.
Cette année, j’ai eu en
responsabilité une classe de
Première STI Electrotechnique
de 30 élèves (2h + 3h).
Mr BARCET Marcel a été au
cours de cette année mon
conseiller pédagogique.
Le Lycée Jolimont
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2 – Présentation du sujet de mémoire
Le travail pédagogique de ce mémoire est issue d’une réflexion sur une situation
pratique : J’ai pu constater que les élèves électrotechniciens ne ressentaient pas le besoin,
l’utilité de la mécanique dans une section à dominante électrotechnique. Sans intérêt pour la
matière, l’élève sera difficile à accrocher et à motiver.
Me trouvant sans réponses convaincantes face aux élèves pour expliquer le lien entre
la construction mécanique et les autres enseignements de la filière Génie Electrotechnique,
j’ai décidé, en accord avec mon tuteur IUFM Mr MENDOUSSE et mon conseiller
pédagogique, de réaliser une séquence d’enseignement permettant de lier les différents
enseignements, en soulignant leur cohésion. Le but est donc de faire comprendre à l’élève le
besoin de la construction mécanique dans un enseignement à dominante électrotechnique.
Objectif du travail pédagogique :
Expliquer, amener l’élève à comprendre le besoin de la mécanique et de la
construction dans un enseignement à dominante électrotechnique.
Thème de travail choisi :
Les électrotechniciens vont découvrir au travers de leur scolarité une science basée
autour de la puissance électrique. Nimporte quel système industriel peut toujours être
décomposé en plusieurs niveaux :
Une première approche, est celle de la « boite noire ». Le système est regardé d’un
point de vue extérieur, mettant en évidence les énergies entrantes et sortantes. Ces
énergies peuvent être de différentes nature : électrique, mécanique, potentielle,
hydraulique…. Cette approche est d’ailleurs la principale méthode mise en œuvre par
les élèves au travers des travaux pratiques en électrotechnique, Automatisme et
Informatique Industriel, construction mécanique, physique appliquée. C’est une étape
d’observation, de mesures correspondant au niveau d’enseignement pré baccalauréat.
Une deuxième étape, ou niveau d’analyse consiste à décomposer le système en sous-
ensembles. On retrouve toujours la même structure : Un premier ensemble qui adapte,
transforme, traite l’énergie électrique. . Cette première partie est la spécialité des
électrotechniciens voir référentiel génie électrotechnique. Un deuxième ensemble adapte
et/ou transforme l’énergie sous d’autres formes : mécanique, hydraulique, potentielle…
On ne parle plus en grandeur électrique mais on traite de mouvement, d’action
mécanique, de débit, de pression…
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Il est impératif de bien faire comprendre à l’élève qu’il est indispensable de
maîtriser des connaissances aussi bien dans le domaine de l’électrotechnique que dans
celui de la mécanique. Mettre l’élève en situation dans sa compétence
d’électrotechnicien : Une opération de maintenance sur un moteur électrique d’un
escalator par exemple. Le moteur a « grillé » il faut analyser la panne. Elle peut être
d’origine électrique (surchauffe, tranformateur, fusible, câblage, contact ) ou
mécanique (coincement, surcharge, casse d’un élément, usure). Le technicien devra
diagnostiquer à partir de mesures, d’observations l’origine de la panne.
La description de l’épreuve écrite d’étude des constructions et de l ‘épreuve
pratique d’étude des systèmes techniques industriels reflète bien les attentes des
compétences de l’électrotechnicien. ( Voir extrait référentiel électrotechnique
p11,12,13,14 )
Il est à mon avis très intéressant d’utiliser les connaissances et notions utilisées
dans les autres matières afin d’introduire le besoin de la mécanique.
L’énergétique est le lien évident entre ces différentes matières : les élèves
découvriront au travers d’activités les notions d’énergie et puissance électrique,
lumineuse, calorifique, mécanique. La transversalité des enseignements doit se faire
dès la première. L’énergétique est souvent abordée lors de la terminale lorsque l’élève
connaît les notions de cinématique et d’action mécanique. La notion de puissance
mécanique est alors construite autour de ces 2 notions.
Le travail réalisé propose une façon d’aborder la mécanique autour d’une
problématique énergétique. Dès le début de la première, cette activité doit permettre
aux élèves de réaliser les liens entre les enseignements rencontrés dans les différentes
matières et la place de la mécanique dans l’étude d’un système industriel . Les notions
de puissance et d’énergie étant formalisées, de nombreuses problématiques réelles et
concrètes ( en particulier pour des électrotechniciens ) pourront être construite par la
suite, qui justifieront l’apprentissage de la construction mécanique.
CONTRAT DE MEMOIRE EN ANNEXE
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3 – Séquence pédagogique proposée
La séquence proposée prend place dès le premier cours de première. Il n’y a
donc aucun prérequis exigé, dans la mesure ou tous les élèves n’ont pas suivi
l’enseignement de seconde ISI.
Durée 1 heure
- Notion d’énergie, différentes formes d’énergie
Travail Préparatoire - Unité de l’énergie
- Principe de conservation de l’énergie
Notions d’énergie et de - La puissance c’est une consommation
d’énergie 1 J.s-1=1 W
puissance
- Puissance grandeur instantanée
Durée 3 heures
Travaux Pratiques
- Correction du travail préparatoire
- Energie utile au levage d’une masse
Approche énergétique de - Notion de rendement global. Calcul
trois systèmes de levage - Mesure d’une puissance électrique
Durée 2 heures
Synthèse
- Correction du TP
Expliquer, amener l’élève à - Analyse des résultats du TP : questionnement
comprendre le besoin de la - Présentation de la filière STI et des programmes
mécanique et de la de construction mécanique
construction dans un - Mise en pratique des premières connaissances
enseignement à dominante
électrotechnique
Méthode déductive
L’approche des notions abordées est purement
déductive mais le questionnement amené autour de
la construction des programmes d’enseignement
est une base pour l’apprentissage par une
approche inductive.
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Conditions de mise en oeuvre
Travail préparatoire
4 pages de documents texte
Travail à la maison ou au CDI , documentation, recherche multimédia
Travaux Pratiques
Première partie : Correction + notion de cours nécessaire au TP
1 page de document – Durée 1h
Deuxième partie : Approche énergétique de trois systèmes de levage
Rotation des
groupes
3 x 40 minutes
Monte charge Lève malade
Chariot porteur
Matériel nécessaire :
- Lève malade : 2 pages de document guidance, deux pages de document réponse
- Monte charge : 1 document guidance informatique + 1 Document réponse
- Chariot : 2 pages de document guidance, deux pages de document réponse
2 wattmètres, 2 mètres, 1 fiche technique chariot, 1 fiche technique wattmètre,
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Synthèse
Première partie : Correction du TP sur powerpoint
1 page à compléter : Analyse des résultats
Deuxième partie : 2 pages à compléter :
Présentation de la filière et des programmes.
Troisième partie : Premières applications : 2 pages de texte.
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4 – Retour sur l’enseignement
L’ensemble de la séquence s’est déroulée comme prévue. On peut toutefois noter les quelques
points suivants :
Il est nécessaire d’effectuer un retour sur le travail préparatoire en début de TP, avant
d’aborder les notions de cours. La partie sur l’énergie est comprise, il faut insister sur
l’unité de la puissance, quelques élèves commettent des erreurs d’unité.
La puissance consommée par un lave-linge doit être rectifiée : un cahier des charges d’un
lave-linge est joint en annexe.
Le travail sur le monte charge est un peu plus court que les autres.
Imposer la rédaction à l’encre. Imposer le coloriage des énergies entrantes et sortantes. Il
faut s’appuyer sur ce premier TP pour imposer des règles de rédaction et d’attitude qui
seront appliquées lors de tous les travaux pratiques au cours de l’année.
Quelques problèmes d’ordre matériel : La batterie du lève malade se décharge vite,
disponibilité des wattmètres.
L’analyse des résultats des élèves est un moment très important : tout le monde a des
résultats différents et est impliqué dans l’analyse. Il faut préparer un graphe type excel.
Il pourrait aussi être très intéressant de préparer, sur un poste unique, ce tableur à l’avance
et de le faire remplir par les élèves au cours du TP : Ils découvriront un moyen
d’exploitation et d’analyse des résultats en temps réel, voir imprimer les courbes.
Le schéma présentant la démarche de résolution d’un problème peut être amélioré de la
manière suivante :
Confronter les résultats
Valider le protocole
Valider, affiner le modèle ? Système industriel
+ problématique . Observer, analyser.
Mesures Modèles
Résultats
Vérifier les résultats.
Etablir un protocole
Appliquer les lois et principes
de mesure
Résoudre
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Les objectifs ont-ils été atteints ?
En terme de savoir-faire, les élèves savent évaluer l’énergie nécessaire au levage
d’une masse, mesurer une puissance électrique en tenant compte des précisions de
mesure. La majorité d’entre eux ont bien assimilé le lien énergie-puissance, quelques uns
ont des problèmes d’unité. Je considère donc que les objectifs techniques ont été atteints
par la majorité des élèves.
L’objectif pédagogique quant à lui visait à présenter la construction mécanique au
travers d’un enseignement cohérent entre les matières de l’enseignement en section STI
électrotechnique.
La première remarque concerne le déroulement de la séquence au cours de l’année.
Cette séquence est en effet construite pour être amenée en tout début de cycle, dès les premières
séances. Les constatations et les conclusions que je peux tirer à ce jour sont donc très
critiquables, la séquence ayant été testée en fin de second trimestre. Les résultats sont positifs
mais les élèves possédaient déjà quelques notions qui ont sûrement aidé…La séquence prend ici
un sens tout a fait différent. Elle a montré que les élèves à ce stade de l’année ont acquis
correctement un certain nombre de notions. La séance de synthèse est l’occasion de leur donner
un peu de recul sur la matière, et sur la cohésion de leurs enseignements. Les élèves se sont
trouvés particulièrement intéressés par la présentation des épreuves du baccalauréat.
La deuxième réflexion est la suivante : La mise en place de ce TP m’a t’elle permis de
mieux faire comprendre l’intérêt et le principe de la construction mécanique pour un
électrotechnicien ?
Il est évident que s’appuyer sur ces trois systèmes que les élèves ont pu manipuler, observer et
toucher, permet d’avoir une attention soutenue des élèves : des questions se posent, pourquoi a
t’on fait ça ? N’aurait-on pas pu faire comme ça ? C’est solide ?... Ces questions sont des perches
tendues pour expliquer le programme de construction mécanique aux élèves qui sont en attente
de réponses. A partir de l’analyse de grandeurs qui lui sont familières, l’électrotechnicien
découvre et se pose des questions d’ordre mécanique sur les systèmes. Je pense donc que cet
objectif pédagogique est atteint, et est une base solide pour l’élaboration d’études à caractère
électromécanique.
Le tableau sur la page suivante reprend quelques unes des questions et des remarques qui ont
emmergé lors de la séance de synthèse mais aussi lors des travaux pratiques. Les nombreuses
questions et réflexions qui ont pu être menées autour de l’analyse des résultats ne sont pas
consignées dans ce tableau. Vous trouverez quelques questions qui m’ont permis d’amener et de
justifier l’ensemble des points du programme de construction mécanique.
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Quelques exemples de questions et Points du programme abordés au travers
remarques élèves. de ces questions.
Pourquoi y a t’il autant de pertes ? Expliquer, comprendre les frottements : action
frottements, effets joule.. mécanique et mouvement.
Ou se situent-elles ? Description d’un mécanisme : liaisons et
La fourche va plus vite que le vérin. cinématique.
Les outils de la communication technique
Pourquoi on a pas mis le cable Chaînes cinématiques, construction des liaisons,
directement sur l’axe moteur ? transformer et adapter la puissance.
Pourquoi la fourche coince en haut ? Etude des liaisons et des solutions constructives.
C’est solide, a combien on peut Compétitivité des produits
charger ? Résistance des matériaux et statique. Matériaux
Comportement d’un mécanisme, analyse de
Si on débranche la batterie, le malade
solutions.
redescend ?
Ca dépend de la vitesse l’énergie
Energétique et dynamique
consommée ?
Mécanique des fluides
Pourquoi il faut tant de temps pour
hisser le toit du hangar de l’A380
Pourquoi on met un groupe hydraulique
sur le chariot ?
Il paraît aussi très intéressant de réfléchir sur la position de la présentation de la filière
et du programme dans la séquence :
Elle s’est déroulée ici avant les applications directes sur l’énergie et la puissance (toiture A380
et station de pompage solaire) mais après la correction du TP, dans un souci de lier cette
présentation aux systèmes rencontrés lors du TP.
Il pourrait être judicieux de faire les applications juste après la présentation de la filière et du
programme mais je crains que, l’attention des élèves chutant en fin de séance, cette
présentation qui est pourtant le point clé de cette séquence ne passe pas auprès des élèves.
On peut aussi envisager de la placer en tout début de séquence, mais on perd l’avantage de
s’appuyer sur des systèmes connus et qui questionnent les élèves, justifiant solidement les
apprentissages de la filière. Cette position me semble donc peu efficace. Il faudra tout de même
être attentif au fait que les élèves n’auront pas les mêmes réactions en début d’année.
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5 – Conclusion
Je peux conclure à cet instant que les objectifs sont donc tous globalement atteints.
L’intérêt et l’objectif spécifique de la séquence est de questionner les élèves autour de
problématiques d’ordre mécanique, tout en gardant un lien étroit avec leur spécialité. Les
applications et les supports possèdent une partie à caractère électrique et intéressent
particulièrement les élèves, les questions posées sont pertinentes et d’un niveau technique
souvent élevé (analyse des résultats…)
Il devient alors particulièrement facile de présenter, d’expliquer et de justifier la
construction mécanique auprès d’électrotechniciens. Cet objectif principal est donc à mon
sens atteint.
Les compétences et savoirs faire visés sont possédés par la majorité des élèves et devront
être utilisés tout au long du cycle d’enseignement.
Il paraît évident que les problématiques techniques trouvées par les élèves devront être
exploitées dans la construction du programme. Il est aussi très bénéfique de croiser les
enseignements. Par exemple, à partir de mesures d’un TP d’électrotechnique, interpréter ces
mesures d’un point de vue mécanique. Mettre en place une problématique mécanique, faire
un modèle puis le résoudre, proposer un protocole expérimental « électro-mécanique » puis
le faire, interpréter les résultats à partir de leurs savoirs en AII, électrotechnique et physique
appliquée, mathématique…
Cette première séquence pédagogique construite correctement permet d’éveiller chez les
élèves une curiosité mécanique, qui est la sève d’une démarche inductive en travaux
pratiques. Il est indispensable de réutiliser les supports pour des problématiques différentes
(conception de liaison, statique sur le lève malade grâce à un capteur d’effort, hydraulique
et actionneurs sur chariot, moteur asynchrone triphasé, moteur à courant continu….)
En conclusion, cette séquence propose une réflexion pédagogique intéressante permettant
de susciter chez les élèves une multitude de questions, qui sont la base d’une démarche
inductive, et donc d’intéresser le public à l’enseignement de la construction mécanique.
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