De l’idée au modèle numérique

La conception assistée par ordinateur (CAO) et la modélisation 3D permettent
aux élèves de représenter une solution technique, de la faire évoluer et
d’en vérifier certaines caractéristiques avant sa réalisation.

En Technologie au collège, le modèle numérique constitue ainsi un support
pour passer progressivement de l’analyse d’un besoin à la conception,
à l’expérimentation puis, lorsque cela est pertinent, à la réalisation
d’un prototype.

Une démarche de conception en plusieurs étapes

L’utilisation d’un outil de CAO ne se limite pas à dessiner un objet en trois
dimensions. Elle s’inscrit dans une démarche de conception permettant
d’imaginer, modéliser, vérifier, modifier puis préparer une solution technique.

1. Imaginer une solution

Avant de commencer la modélisation, les élèves doivent identifier le besoin
auquel la solution doit répondre et prendre en compte les principales
contraintes du projet.

• Identifier le besoin ;
• repérer les contraintes à prendre en compte ;
• imaginer différentes solutions ;
• réaliser des croquis ou représentations préparatoires ;
• choisir une solution à développer.

2. Modéliser en trois dimensions

La modélisation 3D permet de construire une représentation numérique
de la solution retenue. Les élèves peuvent créer un modèle simple,
modifier un modèle existant ou assembler différents composants.

• Créer des formes géométriques simples ;
• définir et modifier des dimensions ;
• positionner différents éléments ;
• observer l’objet sous différents points de vue ;
• modifier progressivement la solution proposée.

3. Vérifier et améliorer la solution

La représentation numérique permet aux élèves de confronter leur proposition
aux contraintes identifiées au début du projet.

Selon l’activité et les outils disponibles, ils peuvent notamment vérifier
certaines dimensions, observer l’assemblage de plusieurs éléments ou comparer
différentes solutions.

• Contrôler les dimensions ;
• vérifier la cohérence de la géométrie ;
• observer les relations entre différentes pièces ;
• identifier un problème de conception ;
• modifier puis améliorer le modèle.

4. Préparer la réalisation

Lorsque le projet prévoit la fabrication d’un prototype, le modèle numérique
peut être utilisé pour préparer la réalisation de tout ou partie de l’objet.

Les élèves découvrent ainsi le lien entre le modèle conçu à l’écran,
le fichier utilisé par l’équipement de fabrication et l’objet réellement
obtenu.

• Vérifier le modèle avant export ;
• choisir un format de fichier adapté ;
• préparer le fichier destiné à la fabrication ;
• prendre en compte le procédé et le matériau utilisés ;
• comparer le prototype obtenu au modèle numérique.

CAO, modélisation et fabrication numérique

La CAO et la fabrication numérique sont étroitement liées mais correspondent
à des étapes différentes de la démarche.

La CAO et la modélisation 3D permettent principalement
de concevoir et de représenter la solution. La
fabrication numérique permet ensuite, lorsque cela est
nécessaire, de transformer tout ou partie de cette représentation numérique
en prototype physique.

Quelques situations pédagogiques possibles

Les activités de CAO et de modélisation peuvent prendre différentes formes
selon les projets conduits en classe.

• Compléter ou modifier un modèle numérique existant ;
• concevoir une pièce simple répondant à un besoin ;
• adapter les dimensions d’une pièce à de nouvelles contraintes ;
• étudier l’assemblage de plusieurs composants ;
• comparer différentes solutions de conception ;
• préparer une pièce destinée au prototypage ;
• modifier un modèle après l’analyse d’un prototype.

Choisir les outils en fonction de l’activité

Le choix d’un logiciel ou d’un environnement de modélisation doit avant tout
répondre aux objectifs pédagogiques de l’activité, au niveau d’autonomie
des élèves et aux équipements disponibles dans l’établissement.

Selon les situations, les élèves peuvent être amenés à utiliser des outils
de modélisation volumique, d’assemblage, de représentation ou de préparation
à la fabrication numérique.

Du modèle au prototype

Lorsqu’une réalisation matérielle apporte un intérêt pédagogique, le modèle
numérique peut être exploité dans le cadre d’une activité de prototypage.
L’impression 3D constitue par exemple l’un des procédés pouvant être utilisés
selon les équipements disponibles.

Cette articulation permet aux élèves de constater qu’une solution numérique
doit parfois être adaptée après sa confrontation au réel : dimensions,
assemblage, résistance, forme ou encore quantité de matière utilisée.

Ressources associées

Cette rubrique sera progressivement enrichie avec des ressources pédagogiques,
des exemples de modèles et des activités permettant d’accompagner
l’apprentissage de la conception et de la modélisation en Technologie.

Les enseignants peuvent également consulter les ressources nationales
consacrées à la Technologie au collège.

• 
  Portail national « La Technologie au collège » – Éduscol STI
  
• 
  Ressources d’accompagnement du programme de Technologie au cycle 4 – Éduscol