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Conduite de projet et innovation

Terminale · Sciences de l'ingénieur · Expérimenter, communiquer et innover

Expérimenter, communiquer et innover

Du besoin au cahier des charges : analyser et spécifier

En Terminale, le projet occupe 48 heures et se termine par une soutenance orale comptant pour l'épreuve du baccalauréat. Ce n'est pas un exercice de bricolage : c'est la mise en situation complète de la démarche de l'ingénieur. Et tout commence par une question qu'on est tenté de sauter : à quel besoin répond-on exactement ?
L'outil de départ est le diagramme « bête à cornes », qui pose trois questions : à qui le produit rend-il service ? sur quoi agit-il ? dans quel but ? Y répondre oblige à distinguer le besoin (le service attendu) de la solution (la manière de le rendre). Écrire « il faut un moteur pas à pas » est une solution ; écrire « positionner un panneau solaire face au soleil » est un besoin. Confondre les deux, c'est se priver de toute innovation dès la première heure.

Le cahier des charges fonctionnel

Chaque fonction devient une ligne du cahier des charges fonctionnel (CdCF). Une fonction seule ne sert à rien : il faut pouvoir vérifier si elle est remplie. On lui associe donc un critère (la grandeur observable), un niveau (la valeur chiffrée avec son unité) et une flexibilité (la marge de négociation).

ÉlémentQuestion à laquelle il répondExemple
FonctionQue doit faire le système ?FP1 : orienter le panneau face au soleil
CritèreQuelle grandeur observable le prouve ?Erreur d'orientation angulaire
NiveauQuelle valeur chiffrée, avec quelle unité ?Inférieure ou égale à 2°
FlexibilitéLa valeur est-elle négociable ?F1 : peu négociable
Moyen de vérificationComment le prouve-t-on ?Essai avec inclinomètre, 10 mesures

Formaliser avec SysML. Le langage SysML donne au cahier des charges et à l'architecture une forme graphique normalisée, compréhensible par tous les métiers du projet (mécanique, électronique, informatique). Il ne remplace pas la réflexion : il la rend communicable, et surtout traçable — chaque exigence doit pouvoir être reliée à l'essai qui la prouve.

Diagramme SysMLCe qu'il montreQuand l'utiliser dans le projet
Diagramme des exigencesles exigences, leur hiérarchie et leurs liens de dérivationtraduire le CdCF, tracer chaque exigence jusqu'à son essai de validation
Diagramme de cas d'utilisationles acteurs et les services rendus par le systèmecadrer le périmètre du projet avec le client
Diagramme de définition de blocs (bdd)la décomposition matérielle du système en blocsprésenter l'architecture retenue
Diagramme de blocs internes (ibd)les flux échangés entre blocs : énergie, matière, informationvérifier la cohérence des interfaces
Diagramme d'étatsles états du système et les événements qui les font changerspécifier le comportement du programme embarqué
Diagramme de séquencela chronologie des échanges entre acteurs et composantsdécrire un scénario de fonctionnement précis

Expérimenter, communiquer et innover

Piloter, prototyper, innover

Un projet est une aventure bornée : un objectif, un délai, des ressources limitées, une équipe. Le piloter, c'est répondre en permanence à trois questions : où en sommes-nous, qu'est-ce qui bloque, que faut-il décider maintenant ?
On commence par décomposer le projet en tâches élémentaires, chacune avec une durée estimée, un responsable et des antériorités (ce qui doit être terminé avant de commencer). Cette liste alimente deux représentations complémentaires : le diagramme de Gantt, qui déploie les tâches sur un calendrier sous forme de barres, et le réseau PERT, qui met en évidence les enchaînements et le chemin critique.

Rythmer : revues, itérations, prototypes

  • Revue de lancement : on valide le cahier des charges, le découpage en tâches et la répartition dans l'équipe.
  • Revues intermédiaires : à chaque jalon, on compare l'avancement réel au prévisionnel et on décide — poursuivre, corriger, ou renoncer à une solution. Une revue est un point de décision, pas une séance d'information.
  • Prototypage : maquette numérique puis prototype physique (impression 3D, carte de développement) pour lever les incertitudes techniques le plus tôt possible.
  • Essais de validation : chaque exigence du CdCF est confrontée à un essai, incertitude comprise, et l'écart est analysé.
  • Gestion des risques : on identifie les risques dès le lancement, on les classe par gravité et probabilité, et on attaque en priorité ceux qui menacent le projet. Une équipe qui repousse la difficulté à la fin la découvre quand il n'y a plus de temps pour la résoudre.
  • Revue finale et soutenance : on présente la démarche, les choix, les écarts constatés et les perspectives — pas seulement l'objet fini.

Innover et choisir. L'innovation n'est pas un éclair de génie, c'est un processus : veille technologique (que fait-on déjà ailleurs ?), puis créativité (brainstorming sans censure, analogies, résolution de contradictions type TRIZ), puis choix argumenté par une matrice multicritère pondérée.
Exemple : orienter un panneau avec un servomoteur ou un vérin. Critères pondérés — précision (3), autonomie (3), coût (2), encombrement (1). Servomoteur : 5×3 + 2×3 + 2×2 + 4×1 = 29. Vérin : 3×3 + 5×3 + 4×2 + 3×1 = 35. Le vérin l'emporte, grâce à l'autonomie, critère lourdement pondéré.
Le résultat dépend entièrement des pondérations : elles doivent être justifiées par le cahier des charges, et non ajustées après coup pour faire gagner la solution que l'on préférait.

EnjeuOutilCe qu'il apporte au projet
Savoir ce qui existeveille technologique, état de l'artévite de réinventer, situe le projet
Produire des idéesbrainstorming, analogies, TRIZélargit le champ des solutions avant de trancher
Tranchermatrice multicritère pondéréerend le choix argumenté et traçable
Protéger une inventionbrevet déposé à l'INPI (protection 20 ans)sécurise l'exploitation commerciale
Dater une idée à moindre coûtenveloppe e-Soleauprouve l'antériorité sans protéger l'invention
Limiter l'impact environnementaléco-conception, analyse du cycle de vie (ACV)évalue l'impact de l'extraction des matières jusqu'à la fin de vie

Exercices corrigés

  1. Dans un cahier des charges fonctionnel, à quoi correspond le « niveau » associé à un critère ?

    • A.Au degré d'importance de la fonction dans le projet
    • B.Au nom de la personne responsable de la fonction
    • C.À la marge de négociation acceptée sur l'exigence
    • D.À la valeur chiffrée à atteindre, exprimée avec son unitéBonne réponse

    Réponse : D — À la valeur chiffrée à atteindre, exprimée avec son unité

    Le niveau est la valeur quantifiée du critère, par exemple « erreur d'orientation inférieure ou égale à 2° » ou « autonomie supérieure ou égale à 4 h ». C'est lui qui rend l'exigence vérifiable par un essai. La marge de négociation, elle, s'appelle la flexibilité et se code de F0 (impératif) à F3 (très négociable). Sans niveau chiffré, aucune validation n'est possible.

  2. Que représente un diagramme de Gantt ?

    • A.Les flux d'énergie et d'information entre les blocs du système
    • B.Les états successifs du programme embarqué et leurs transitions
    • C.Les tâches du projet positionnées sur un calendrier, avec leurs durées et leurs enchaînementsBonne réponse
    • D.Le classement des solutions techniques par ordre de performance

    Réponse : C — Les tâches du projet positionnées sur un calendrier, avec leurs durées et leurs enchaînements

    Le Gantt est l'outil de planification temporelle : chaque tâche devient une barre horizontale dont la longueur est sa durée et la position sa date. Il rend visibles les parallélismes, les jalons et les dépendances. Les flux entre blocs relèvent du diagramme de blocs internes SysML, et les états du programme du diagramme d'états.

  3. Une exigence du cahier des charges est classée F0. Qu'est-ce que cela signifie ?

    • A.Elle est facultative et sera traitée si le temps le permet
    • B.Elle est très négociable avec le client
    • C.Elle est impérative : le niveau annoncé n'est pas négociableBonne réponse
    • D.Elle n'a pas encore reçu de niveau chiffré

    Réponse : C — Elle est impérative : le niveau annoncé n'est pas négociable

    L'échelle de flexibilité va de F0 à F3 dans le sens de la souplesse croissante : F0 impératif, F1 peu négociable, F2 négociable, F3 très négociable. Le piège est de lire le 0 comme « nul, donc sans importance », alors qu'il signifie « zéro marge de négociation ». Les exigences F0 sont typiquement celles de sécurité ou imposées par une norme réglementaire.

  4. Un projet comporte 6 tâches : A (3 j, sans antériorité), B (2 j, sans antériorité), C (4 j, après A et B), D (5 j, après C), E (2 j, après C), F (1 j, après D et E). Quelle est la durée minimale du projet ?

    • A.10 jours
    • B.12 jours
    • C.17 jours
    • D.13 joursBonne réponse

    Réponse : D — 13 jours

    Énumère les chemins complets : A-C-D-F = 3+4+5+1 = 13 j ; B-C-D-F = 2+4+5+1 = 12 j ; A-C-E-F = 3+4+2+1 = 10 j ; B-C-E-F = 2+4+2+1 = 9 j. Le plus long est 13 jours : c'est la durée minimale du projet. Répondre 17 jours revient à additionner toutes les durées (3+2+4+5+2+1) en oubliant que A et B, comme D et E, se déroulent en parallèle.

  5. Même projet (durée 13 jours). Combien de jours de retard la tâche E (2 j, après C, avant F) peut-elle prendre sans décaler la fin du projet ?

    • A.0 jour
    • B.3 joursBonne réponse
    • C.1 jour
    • D.5 jours

    Réponse : B — 3 jours

    E et D partent toutes deux après C et doivent toutes deux être finies avant F. D dure 5 jours, E seulement 2 : E dispose donc de 5 − 2 = 3 jours de battement. Par les chemins : le chemin le plus long contenant E totalise 10 jours (A-C-E-F), contre 13 pour le projet, soit 13 − 10 = 3 jours de marge. Au-delà de 3 jours de retard, E deviendrait à son tour critique et le chemin critique changerait de route.

  6. Une équipe écrit dans son cahier des charges : « Le robot doit se déplacer rapidement. » Quel est le principal défaut de cette exigence ?

    • A.Elle est trop ambitieuse pour un projet de Terminale
    • B.Elle appartient à une fonction contrainte et non à une fonction principale
    • C.Elle impose une solution technique au lieu d'exprimer un besoin
    • D.Elle n'a ni critère mesurable ni niveau chiffré : aucun essai ne pourra la validerBonne réponse

    Réponse : D — Elle n'a ni critère mesurable ni niveau chiffré : aucun essai ne pourra la valider

    « Rapidement » n'est pas vérifiable : deux personnes n'y mettront pas la même chose, et surtout aucun essai ne pourra conclure. Il faut un critère observable (vitesse moyenne de déplacement) et un niveau chiffré avec unité (supérieure ou égale à 0,5 m/s), plus une flexibilité. Sans cela, la validation en soutenance devient une discussion d'opinion. Remarque : la formulation n'impose ici aucune solution technique, elle est simplement trop vague.

  7. À quoi sert le diagramme « bête à cornes » ?

    • A.À planifier les tâches du projet dans le temps
    • B.À exprimer le besoin : à qui le produit rend service, sur quoi il agit et dans quel butBonne réponse
    • C.À décrire l'architecture matérielle du système en blocs
    • D.À comparer plusieurs solutions techniques selon des critères pondérés

    Réponse : B — À exprimer le besoin : à qui le produit rend service, sur quoi il agit et dans quel but

    La bête à cornes est l'outil d'expression du besoin, tout au début de l'analyse fonctionnelle : elle pose trois questions et force à séparer le besoin de la solution. La planification relève du Gantt et du PERT, l'architecture matérielle du diagramme de blocs SysML, et la comparaison de solutions de la matrice multicritère. Chaque outil a son moment dans le projet.

  8. Qu'est-ce qu'un jalon dans la planification d'un projet ?

    • A.Un événement de durée nulle qui marque une étape ou une décisionBonne réponse
    • B.La tâche la plus longue du projet
    • C.Le temps de retard qu'une tâche peut prendre sans conséquence
    • D.Une tâche qui peut être réalisée en parallèle d'une autre

    Réponse : A — Un événement de durée nulle qui marque une étape ou une décision

    Un jalon ne consomme ni temps ni ressources : il matérialise un point de contrôle, comme la validation du cahier des charges ou la mise en service du prototype. Sur un diagramme de Gantt, il se représente par un losange, pas par une barre. Le retard admissible s'appelle la marge, et une tâche, elle, a toujours une durée non nulle.

  9. En France, quelle est la durée maximale de protection conférée par un brevet ?

    • A.5 ans
    • B.20 ansBonne réponse
    • C.50 ans
    • D.70 ans après la mort de l'inventeur

    Réponse : B — 20 ans

    Un brevet déposé à l'INPI protège une invention pendant 20 ans à compter de la date de dépôt, sous réserve du paiement des annuités. Passé ce délai, l'invention tombe dans le domaine public. Les 70 ans après la mort de l'auteur concernent le droit d'auteur, qui protège des œuvres de l'esprit et non des inventions techniques : ce sont deux régimes de propriété intellectuelle bien distincts.

  10. Dans un diagramme pieuvre, qu'est-ce qui caractérise une fonction contrainte (FC) ?

    • A.Elle relie deux éléments du milieu extérieur à travers le produit
    • B.Elle est toujours de flexibilité F0
    • C.Elle décrit le comportement interne du programme embarqué
    • D.Elle relie le produit à un seul élément du milieu extérieurBonne réponse

    Réponse : D — Elle relie le produit à un seul élément du milieu extérieur

    Une fonction contrainte exprime une adaptation du produit à un élément de son environnement : résister à l'humidité, s'alimenter sur le secteur, respecter une norme, tenir dans un encombrement donné. Sur le diagramme, un seul trait part du produit vers cet élément. La fonction principale, elle, traverse le produit pour relier deux éléments extérieurs. Et une FC n'est pas nécessairement impérative : sa flexibilité peut aller de F0 à F3.

  11. Quelle est la différence entre vérifier et valider un système ?

    • A.Vérifier, c'est contrôler la conformité aux spécifications ; valider, c'est contrôler que le besoin réel de l'utilisateur est satisfaitBonne réponse
    • B.Vérifier concerne le logiciel, valider concerne le matériel
    • C.Vérifier se fait par simulation, valider se fait obligatoirement par calcul théorique
    • D.Ce sont deux mots pour la même opération d'essai

    Réponse : A — Vérifier, c'est contrôler la conformité aux spécifications ; valider, c'est contrôler que le besoin réel de l'utilisateur est satisfait

    Vérifier répond à la question « avons-nous bien construit le système ? », c'est-à-dire conformément à ce qui était spécifié. Valider répond à « avons-nous construit le bon système ? », c'est-à-dire celui qui répond au besoin. La nuance est décisive : on peut réaliser un système parfaitement conforme à un cahier des charges... lui-même mal écrit, donc à côté du besoin. Les deux opérations s'appuient sur des essais, pas sur la seule théorie.

  12. Quel diagramme SysML décrit le comportement d'un système sous forme d'états et de transitions déclenchées par des événements ?

    • A.Le diagramme de cas d'utilisation
    • B.Le diagramme d'étatsBonne réponse
    • C.Le diagramme de définition de blocs
    • D.Le diagramme des exigences

    Réponse : B — Le diagramme d'états

    Le diagramme d'états représente les situations stables du système (veille, acquisition, alarme, arrêt) et les événements qui font passer de l'une à l'autre. C'est l'outil de spécification privilégié du programme embarqué, car il se traduit presque directement en code. Le cas d'utilisation cadre le périmètre fonctionnel avec les acteurs, le diagramme de blocs décrit l'architecture matérielle, et le diagramme des exigences formalise le cahier des charges.

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