Exercices de type brevet
Un sujet de technologie au brevet part presque toujours d'un objet réel (un portail, une serre, une trottinette) et enchaîne des questions courtes : analyser, programmer, calculer, justifier. Comment s'y prendre pour ne perdre aucun point ? Il suffit de reconnaître quelques situations types et d'avoir une méthode pour chacune.
Analyser un système : chaîne d'information et chaîne d'énergie
Tout système automatisé possède deux « chaînes » qui travaillent ensemble.
Astuce : l'information commande, l'énergie agit. Un capteur ne fournit pas de force ; un moteur ne décide de rien.
Un portail automatique de maison est commandé par une télécommande. Il comporte un récepteur, une carte électronique, un moteur et un système de transmission. a)…
Un portail automatique de maison est commandé par une télécommande. Il comporte un récepteur, une carte électronique, un moteur et un système de transmission.
- a) Distinguer la chaîne d'information et la chaîne d'énergie.
- b) Classer les éléments cités dans l'une de ces deux chaînes.
Un collège de Lille souhaite installer un système d'arrosage automatique pour son jardin pédagogique. Le système comporte un capteur d'humidité du sol, une carte…
Un collège de Lille souhaite installer un système d'arrosage automatique pour son jardin pédagogique. Le système comporte un capteur d'humidité du sol, une carte programmable, une électrovanne et une pompe alimentée par un panneau solaire. L'arrosage doit se déclencher quand l'humidité est inférieure à 30 %, pendant 5 min, avec un débit de 12 L/min.
- a) Réaliser la chaîne d'information et la chaîne d'énergie du système.
- b) Écrire l'algorithme de commande.
- c) Calculer le volume d'eau utilisé pour un arrosage, puis pour 20 arrosages par mois.
- d) Discuter deux avantages et deux limites de ce système du point de vue du développement durable.
Cahier des charges et algorithme
Un cahier des charges liste les fonctions que l'objet doit remplir et les critères qui permettent de vérifier qu'elles le sont. Chaque critère doit avoir un niveau ou une valeur mesurable : « solide » n'est pas vérifiable, « supporte 50 kg » l'est.
| Critère | Niveau mesurable |
|---|---|
| Résister au vent | supporte un vent de 100 km/h |
| Hauteur | 2,2 m ± 0,05 m |
| Capacité | 20 vélos |
Il sert à concevoir, à comparer des solutions et à valider le résultat par un test.
Côté programmation, trois structures reviennent : la séquence, la boucle (« répéter », « tant que ») et l'instruction conditionnelle (« si… alors… sinon »). Un algorithme part d'une mesure, la compare, puis agit.
Un cahier des charges d'un abri à vélos pour un collège contient les critères suivants : résister au vent, hauteur 2,2 m, accueillir 20 vélos. a) Expliquer à quoi sert…
Un cahier des charges d'un abri à vélos pour un collège contient les critères suivants : résister au vent, hauteur 2,2 m, accueillir 20 vélos.
- a) Expliquer à quoi sert un cahier des charges.
- b) Pour chaque critère, proposer un niveau ou une valeur mesurable à vérifier.
Un programme Scratch contient : « si distance < 10 alors arrêter le moteur, sinon avancer ». a) Nommer la structure algorithmique utilisée. b) Donner l'action du robot…
Un programme Scratch contient : « si distance < 10 alors arrêter le moteur, sinon avancer ».
- a) Nommer la structure algorithmique utilisée.
- b) Donner l'action du robot quand la distance mesurée vaut 25 cm.
- c) Donner l'action quand elle vaut 8 cm.
Une serre connectée à Rennes ouvre une fenêtre par un moteur lorsque la température dépasse 28 °C. Un capteur mesure la température toutes les minutes. a) Identifier le…
Une serre connectée à Rennes ouvre une fenêtre par un moteur lorsque la température dépasse 28 °C. Un capteur mesure la température toutes les minutes.
- a) Identifier le capteur, le traitement et l'actionneur.
- b) Écrire l'algorithme sous forme de pseudo-code ou de blocs.
- c) Donner l'état de la fenêtre pour les mesures 26 °C, 28 °C et 31 °C.
Énergie, coût et rendement
Deux formules de physique-chimie suffisent.
Penser à convertir : $50\ \text{W} = 0{,}05\ \text{kW}$.
Pour l'éclairage d'une salle de classe, le collège hésite entre des lampes halogènes de 50 W et des lampes LED de 10 W. La salle compte 12 lampes, utilisées 1 200 h par…
Pour l'éclairage d'une salle de classe, le collège hésite entre des lampes halogènes de 50 W et des lampes LED de 10 W. La salle compte 12 lampes, utilisées 1 200 h par an. Le kWh coûte 0,25 €.
- a) Calculer l'énergie annuelle consommée par chaque solution, en kWh.
- b) Calculer le coût annuel de chaque solution.
- c) Une lampe LED coûte 12 € de plus qu'une halogène. Calculer la durée d'amortissement du surcoût total pour les 12 lampes.
Un fabricant de trottinettes électriques propose deux modèles. Modèle A : batterie 360 Wh, moteur de rendement 80 %, masse 14 kg. Modèle B : batterie 480 Wh, moteur de…
Un fabricant de trottinettes électriques propose deux modèles. Modèle A : batterie 360 Wh, moteur de rendement 80 %, masse 14 kg. Modèle B : batterie 480 Wh, moteur de rendement 85 %, masse 17 kg. Pour un trajet de 10 km, l'énergie mécanique nécessaire est de 18 Wh pour A et de 20 Wh pour B.
- a) Calculer l'énergie électrique consommée par trajet pour chaque modèle.
- b) Calculer l'autonomie en kilomètres de chaque modèle (en supposant un trajet de 10 km répété).
- c) Choisir le modèle le plus adapté à un collégien dont le trajet quotidien aller-retour est de 14 km et qui recharge la trottinette toutes les semaines (5 jours d'utilisation). Justifier avec des calculs.
Fabrication : volume, masse et planning
Pour l'impression 3D, on calcule le volume, puis la masse avec la masse volumique $\rho$.
Pour un planning, distingue les tâches qui se font l'une après l'autre de celles qui se font en parallèle. Le temps total correspond à la durée du chemin le plus long. Ici, l'imprimante est le goulot d'étranglement et chaque finition est plus courte qu'une impression : on enchaîne toutes les impressions, puis on ajoute la dernière finition, qui ne peut pas être recouverte.
Un groupe d'élèves conçoit un porte-clés en impression 3D. L'objet est un cylindre de rayon 1,5 cm et de hauteur 0,4 cm. Le plastique a une masse volumique de 1,25…
Un groupe d'élèves conçoit un porte-clés en impression 3D. L'objet est un cylindre de rayon 1,5 cm et de hauteur 0,4 cm. Le plastique a une masse volumique de 1,25 g/cm³.
- a) Calculer le volume du cylindre (arrondir au dixième de cm³).
- b) Calculer la masse de plastique nécessaire.
- c) Pour 30 porte-clés, calculer la masse totale et le coût si la bobine coûte 20 € le kg.
Une classe de 3e planifie la réalisation de 6 boîtiers pour un projet de domotique au FabLab. La conception numérique du modèle demande 20 min (une seule fois). Ensuite,…
Une classe de 3e planifie la réalisation de 6 boîtiers pour un projet de domotique au FabLab. La conception numérique du modèle demande 20 min (une seule fois). Ensuite, chaque boîtier demande 45 min d'impression 3D et 15 min de finition. Une seule imprimante est disponible, un élève peut faire la finition pendant qu'une autre pièce s'imprime. Le FabLab est ouvert 2 h par séance.
- a) Calculer le temps total d'impression pour 6 boîtiers.
- b) Calculer le temps minimal total de réalisation en tenant compte du travail en parallèle (la finition d'une pièce se fait pendant l'impression de la suivante).
- c) Déterminer le nombre de séances nécessaires et proposer un planning.
- d) Identifier le goulot d'étranglement de ce processus et proposer une amélioration.
Rédiger et discuter
Au brevet, un point est attribué à la maîtrise de la langue : écris des phrases complètes avec le vocabulaire exact (capteur, actionneur, chaîne d'énergie…).
Pour une question « discuter avantages et limites », donne deux idées par colonne et justifie chacune. Exemple pour un arrosage automatique : avantage, il évite le gaspillage car il arrose seulement quand le sol est sec ; limite, une panne du capteur peut priver les plantes d'eau.
Pour un calcul, écris toujours la formule, le remplacement avec les unités, puis le résultat avec son unité.
L'essentiel
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Chaîne d'information : acquérir → traiter → communiquer. Chaîne d'énergie : alimenter → distribuer → convertir → transmettre.
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Un cahier des charges associe à chaque critère un niveau mesurable.
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Un algorithme : mesure, condition « si… sinon », action. Attention aux valeurs limites ($<$ ou $\leq$).
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$E = P \times t$ ; coût = $E \times$ prix ; $E_{\text{consommée}} = E_{\text{utile}} \div \eta$.
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$V = \pi r^2 h$ ; $m = \rho V$ ; en parallèle, le temps total est la durée du chemin le plus long : ici, toutes les impressions (la finition étant plus courte que l'impression), plus la dernière finition non recouverte.
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Rédige en phrases complètes, avec formule, unités et conclusion.