Démarche de projet et prototypage
Première · Sciences de l'ingénieur · Concevoir et réaliser
Concevoir et réaliser
Du besoin au cahier des charges
Aucun système ne naît d'une idée jetée sur un coin de table : il naît d'un besoin. La démarche de projet en SI consiste à formuler ce besoin, le traduire en exigences mesurables, imaginer des solutions, en prototyper une, puis vérifier qu'elle répond bien à la demande. C'est aussi le fil directeur de ton projet de Terminale : autant en maîtriser la logique dès la Première.
Le diagramme des exigences
En SI, le cahier des charges se formalise en langage SysML. Le diagramme des exigences organise en arborescence toutes les exigences du produit : une exigence générale (« assurer l'arrosage automatique ») se décompose en sous-exigences plus précises (autonomie, précision, ergonomie, coût). Chacune porte un identifiant, un texte, et surtout un ou plusieurs critères chiffrés.
| Diagramme SysML | Ce qu'il décrit | Question à laquelle il répond |
|---|---|---|
| Diagramme des exigences | Les exigences et leur hiérarchie | Que doit satisfaire le produit ? |
| Diagramme de cas d'utilisation | Les acteurs et les services rendus | Qui utilise le système, pour quoi faire ? |
| Diagramme de définition de blocs | Les constituants matériels du système | De quoi le produit est-il fait ? |
| Diagramme de blocs internes | Les flux échangés entre constituants | Comment les blocs sont-ils reliés ? |
| Diagramme d'états | Les modes de marche et leurs transitions | Comment le système se comporte-t-il dans le temps ? |
Concevoir et réaliser
Concevoir, prototyper, valider
Le cahier des charges posé, le projet entre dans son cycle : imaginer plusieurs solutions, en choisir une de façon argumentée, la prototyper, puis la confronter aux exigences. Ce dernier temps — la validation — est celui que les élèves négligent le plus, et c'est pourtant celui qui prouve que le projet a abouti.
Comparer des solutions sans se fier à son intuition
Face à plusieurs solutions techniques, on utilise une matrice de choix pondérée : chaque critère reçoit un poids selon son importance, chaque solution une note sur chaque critère, et le score final est la somme des produits note × poids. La solution retenue est celle qui obtient le score le plus élevé — et le tableau sert de justification écrite.
| Critère | Poids | Solution A (note) | Solution B (note) |
|---|---|---|---|
| Précision de dosage | 3 | 4 → 12 points | 3 → 9 points |
| Coût de fabrication | 2 | 2 → 4 points | 4 → 8 points |
| TOTAL | 16 points | 17 points |
Ici, la solution A est la plus précise, mais la B l'emporte de justesse (17 contre 16) grâce à son coût : le résultat dépend entièrement de la pondération choisie, d'où l'importance de justifier les poids AVANT de noter les solutions.
Analyser les écarts
L'analyse des écarts est le cœur de la démarche de l'ingénieur. On compare trois choses : les performances attendues (le cahier des charges), les performances simulées (le modèle) et les performances mesurées (le réel). Chaque écart a un sens différent.
| Écart observé | Entre quoi et quoi | Ce qu'il révèle |
|---|---|---|
| Écart 1 | Attendu et simulé | Le modèle ne répond pas au cahier des charges : la conception est à revoir |
| Écart 2 | Simulé et mesuré | Le modèle est incomplet ou la réalisation est imparfaite |
| Écart 3 | Attendu et mesuré | Le produit réel ne satisfait pas le besoin : l'exigence n'est pas validée |
- Piloter le projet dans le temps : le diagramme de Gantt place les tâches sur un calendrier et fait apparaître leurs durées, leurs antériorités et leurs recouvrements.
- Une tâche B « antérieure à A » ne peut commencer qu'une fois A terminée ; deux tâches indépendantes se mènent en parallèle.
- Un jalon est une date clé sans durée : fin d'une phase, livraison, revue de projet.
- Le chemin critique est la suite de tâches la plus longue : tout retard sur ce chemin retarde tout le projet.
- Les revues de projet (revue de lancement, revue de conception, revue finale) valident chaque étape avant de passer à la suivante.
Exercices corrigés
Quels sont les trois éléments qui caractérisent une exigence dans un cahier des charges ?
- A.Le critère, le niveau et la flexibilitéBonne réponse
- B.Le schéma, la photo et la référence
- C.Le prix, le délai et le fournisseur
- D.L'auteur, la date et le numéro de version
Réponse : A — Le critère, le niveau et la flexibilité
Une exigence n'est exploitable que si elle est mesurable : le CRITÈRE dit quelle grandeur on observe (une durée, une masse), le NIVEAU donne la valeur chiffrée attendue avec son unité, et la FLEXIBILITÉ la tolérance acceptée. Sans ces trois éléments, impossible de dire à la fin du projet si l'exigence est satisfaite ou non.
Quel diagramme SysML sert à formaliser le cahier des charges d'un produit ?
- A.Le diagramme des exigencesBonne réponse
- B.Le diagramme de blocs internes
- C.Le diagramme d'états
- D.Le diagramme de Gantt
Réponse : A — Le diagramme des exigences
Le diagramme des exigences organise en arborescence tout ce que le produit doit satisfaire, du général au particulier. Le diagramme de blocs internes décrit les flux entre constituants, le diagramme d'états les modes de marche. Quant au Gantt, ce n'est pas un diagramme SysML : c'est un outil de planification dans le temps.
Une exigence indique : « Autonomie de la batterie : 15 jours minimum, tolérance 1 jour ». Quel est le CRITÈRE ?
- A.15 jours, qui traduisent le niveau attendu
- B.La durée d'autonomie sans rechargeBonne réponse
- C.1 jour, qui correspond à la tolérance admise
- D.La batterie, un simple composant du système
Réponse : B — La durée d'autonomie sans recharge
Le critère est la GRANDEUR observée : ici, la durée d'autonomie sans recharge. Les 15 jours constituent le NIVEAU attendu, et le jour de tolérance la FLEXIBILITÉ. La batterie, elle, n'est qu'un constituant du système. Savoir séparer ces trois notions est régulièrement demandé en épreuve.
Dans un diagramme de Gantt, deux tâches indépendantes de 4 jours et 3 jours peuvent être menées en parallèle. Combien de jours faut-il au minimum pour les réaliser toutes les deux ?
- A.7 jours
- B.3 jours
- C.12 jours
- D.4 joursBonne réponse
Réponse : D — 4 jours
Menées en parallèle, les deux tâches démarrent en même temps : la plus longue impose la durée, soit 4 jours. Répondre 7 jours, c'est les avoir additionnées comme si elles se suivaient — l'erreur la plus fréquente sur le Gantt. Les durées ne s'additionnent que pour des tâches liées par une antériorité, c'est-à-dire quand l'une doit être terminée pour que l'autre commence.
Une exigence impose 200 mL par arrosage avec une flexibilité de plus ou moins 20 mL. Les mesures donnent 176 mL. Que conclure ?
- A.L'exigence est validée, car l'écart est inférieur à 20 %
- B.L'exigence est validée, car 176 mL est proche de 200 mL
- C.On ne peut pas conclure sans connaître le coût du système
- D.L'exigence n'est pas validée : 176 mL est en dehors de l'intervalle 180-220 mLBonne réponse
Réponse : D — L'exigence n'est pas validée : 176 mL est en dehors de l'intervalle 180-220 mL
La flexibilité définit un intervalle d'acceptation : de 200 − 20 = 180 mL à 200 + 20 = 220 mL. La mesure de 176 mL tombe en dessous de 180 mL, donc l'exigence n'est PAS validée. L'écart relatif vaut 24 / 200 = 12 %, mais peu importe ici : c'est la tolérance en millilitres qui fait foi, pas une appréciation subjective de proximité. « Proche » n'est pas un critère d'ingénieur.
Un projet comporte : A (3 jours), puis B (2 jours) et C (4 jours) qui démarrent tous deux après A et sont indépendants, puis D (1 jour) qui exige que B et C soient terminées. Quelle est la durée minimale du projet ?
- A.10 jours
- B.6 jours
- C.8 joursBonne réponse
- D.9 jours
Réponse : C — 8 jours
A occupe les 3 premiers jours. B et C démarrent ensuite en parallèle : c'est la plus longue, C (4 jours), qui commande, car D attend les DEUX. On arrive donc à 3 + 4 = 7 jours, puis D ajoute 1 jour : 8 jours au total. Le chemin critique est A puis C puis D. Répondre 10 jours, c'est avoir additionné toutes les tâches (3 + 2 + 4 + 1) en oubliant le parallélisme ; répondre 6 jours, c'est avoir suivi B au lieu de C.
Quel est l'ordre logique des étapes d'un projet en SI ?
- A.Prototyper, définir le besoin, choisir une solution, valider
- B.Choisir une solution, définir le besoin, valider, prototyper
- C.Définir le besoin et les exigences, rechercher des solutions, choisir, prototyper, validerBonne réponse
- D.Définir le besoin, prototyper, rechercher des solutions, choisir
Réponse : C — Définir le besoin et les exigences, rechercher des solutions, choisir, prototyper, valider
On part toujours du besoin, qu'on traduit en exigences chiffrées. On explore ensuite plusieurs solutions, on en retient une par un choix argumenté (matrice pondérée), on la prototype, puis on valide chaque exigence par des essais. Commencer par prototyper ou par choisir une solution, c'est risquer de construire vite quelque chose qui ne répond pas au besoin : le coût de la correction devient alors maximal.
Que doit exprimer un cahier des charges ?
- A.La liste des composants à acheter
- B.Ce que le produit doit faire, sans imposer la solution techniqueBonne réponse
- C.Le programme informatique du système
- D.Le plan de fabrication détaillé de chaque pièce
Réponse : B — Ce que le produit doit faire, sans imposer la solution technique
Le cahier des charges exprime le BESOIN et les exigences à satisfaire, en laissant le concepteur libre des moyens. Imposer les composants, le programme ou les plans, ce serait déjà décrire une solution : on se prive alors de toutes les autres pistes, parfois meilleures. Retiens la formule : le cahier des charges dit ce qu'il faut faire, pas comment le faire.
À quoi sert un prototype ?
- A.À produire le système en série
- B.À vendre le produit aux clients
- C.À remplacer définitivement la simulation numérique
- D.À tester en conditions réelles des solutions et à vérifier des exigencesBonne réponse
Réponse : D — À tester en conditions réelles des solutions et à vérifier des exigences
Le prototype est une réalisation d'essai, souvent partielle, destinée à confronter la solution imaginée au réel : frottements, ergonomie, fiabilité, choses que la simulation capture mal. Il n'est ni un produit fini ni une série de fabrication. Et il ne remplace pas la simulation : les deux se complètent, la simulation explorant vite et à moindre coût, le prototype tranchant sur le réel.
Parmi ces formulations, laquelle est un vrai BESOIN et non une solution déguisée ?
- A.Installer un moteur pas à pas sur l'axe de la porte
- B.Programmer une carte microcontrôleur en Python
- C.Utiliser une batterie lithium de 12 V
- D.Permettre à une personne à mobilité réduite d'ouvrir la porte sans effortBonne réponse
Réponse : D — Permettre à une personne à mobilité réduite d'ouvrir la porte sans effort
Seule la deuxième formulation décrit le service attendu par l'utilisateur, sans préjuger de la technique employée : on pourrait y répondre par un moteur, un vérin pneumatique, un ressort assisté ou un système d'équilibrage. Les trois autres nomment déjà des composants ou des technologies : elles ferment le champ des solutions avant même d'avoir commencé à concevoir.
Que représente un jalon dans un planning de projet ?
- A.La tâche la plus longue du projet
- B.La durée totale du projet
- C.Une date clé sans durée, marquant la fin d'une étapeBonne réponse
- D.Le nombre de personnes affectées à une tâche
Réponse : C — Une date clé sans durée, marquant la fin d'une étape
Un jalon est un point de repère de durée nulle : livraison d'un lot, fin d'une phase, revue de projet. Il sert à vérifier qu'une étape est bien terminée avant d'engager la suivante. Il ne faut pas le confondre avec une tâche, qui, elle, occupe une durée sur le diagramme de Gantt.
Une matrice de choix pondérée compare deux solutions sur deux critères. Précision (poids 3) : A note 4, B note 3. Coût (poids 2) : A note 2, B note 4. Quelle solution l'emporte ?
- A.La solution A, avec 16 points contre 17
- B.Les deux sont à égalité
- C.La solution A, car elle est la plus précise
- D.La solution B, avec 17 points contre 16Bonne réponse
Réponse : D — La solution B, avec 17 points contre 16
On multiplie chaque note par le poids du critère, puis on additionne. Solution A : 4 × 3 = 12, plus 2 × 2 = 4, soit 16 points. Solution B : 3 × 3 = 9, plus 4 × 2 = 8, soit 17 points. La solution B l'emporte de justesse. Méfie-toi du raisonnement « A est la plus précise donc A gagne » : être la meilleure sur UN critère ne suffit pas, c'est tout l'intérêt de la pondération.
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