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SCT-4063La mécanisation du travail
Analyse technologique d’un système d’un moteur à quatre temps
Guide de l’enseignant
Partenaire financier majeur :
AuteursFrançois Guay-Fleurent, CS de la Riveraine, juin 2016.
Avec la précieuse collaboration, à un moment ou à un autre de la création, de Martin
Lahaie (CSCR), Christophe Gagné (CSCS), Diane Ménard (CSPI), Nancy Lemieux (CSE),
Briac Tourenne-Rembry (CSDC), Audrey Groleau (UQTR), Ghislain Samson (UQTR),
Vanessa Boily (Alexandrie FGA) et Pauline Lalancette (CSL).
Intention pédagogiqueBasée sur le modèle de la démarche d’investigation technologique, cette situation
d’apprentissage (SA) demande à l’élève de mettre à profit ses connaissances scientifiques
et technologiques dans l’analyse technologique concrète à l’atelier d’un système d’un
moteur à quatre temps. Cependant, l’analyse technologique pourrait également se faire à
l’aide des photos et des vidéos fournies avec cette SA.
Par ailleurs, l’acquisition de connaissances en lien avec ce cours est également visée par
cette SA.
L’évaluation en aide à l’apprentissage de l’enseignant portera sur la CD 2. L’utilisation de
la grille d’évaluation ministérielle de ce cours est suggérée. L’évaluation pourra également
porter sur la composante de la CD 2 « Construire son opinion sur la qualité de
l’application ».
Clientèle viséeCours
SCT-4063
La mécanisation du travail
Moment dans le cours
Après une première SA ou activité
d’analyse. Donc plus milieu ou fin de cours.
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Temps consacré à la tâcheEnviron 9 à 12 heures
Type de tâcheSituation d’apprentissage et d’évaluation
Description de la situation d’apprentissageAprès avoir défini le problème, activé ses connaissances antérieures et établi son plan
d’action, l’élève ira à l’atelier démonter un moteur quatre temps à la recherche d’un
système de transmission ou de transformation du mouvement.
Après l’avoir trouvé, il l’analysera et, par la suite, répondra à la question de recherche
posée dans la mise en situation : comment le choix des matériaux et la précision de
l’assemblage et de l’usinage des pièces influencent-ils le fonctionnement d’un système
de ce moteur?
À la fin de la SA, l’élève construit son opinion sur cette question à l’aide de son analyse
qu’il a faite de son système du moteur.
Quelques informations avant de continuerCette SA propose une analyse technologique concrète ou « hands on » avec un vrai
moteur. Cependant, il serait aussi possible d’analyser un système à l’aide des photos ou
des vidéos jointes à cette SA.
Pour l’achat du moteur, voir les détails dans la section Ressources matérielles.
Cette SA vise le développement complet de la CD 2.
Prévoir environ 3 h à l’atelier pour le démontage et le remontage du moteur.
Une personne seule sera capable de démonter et remonter le moteur, mais l’idéal serait une
équipe de deux personnes. Le technicien ou l’enseignant pourrait être cette deuxième
personne à certains moments importants.
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Mise en situation de la SAPlusieurs objets techniques sont présents dans notre vie quotidienne. Ils comblent
plusieurs de nos besoins et nous facilitent certaines tâches. Prenons l’exemple d’une
tondeuse à gazon à essence.
De nombreuses évolutions technologiques ont permis d’améliorer la qualité de la
fabrication et de l’assemblage des pièces de tondeuses et ont amené de plus en plus de
personnes à les utiliser.
Le principe de fonctionnement est sensiblement le même d’une tondeuse à l’autre. Il en
va de même pour les moteurs d’automobile et tous autres engins motorisés.
Afin de mieux connaître les moteurs qui vous entourent, votre tâche consiste à analyser
un système d’un moteur à quatre temps en répondant à la question suivante :
comment le choix des matériaux et la précision de l’assemblage et de l’usinage des
pièces influencent-ils le fonctionnement d’un système de ce moteur?
Pour répondre à cette question, vous devrez choisir un mécanisme parmi ceux présents
dans le moteur.
Domaines généraux de formation et axes de développement exploitésDGF Environnement et consommation. Voir la section réinvestissement éventuel pour
plus de questions en liens avec ce DGF. Une question est en lien avec ce DGF dans le
retour réflexif. De plus, il est présent en filigrane tout au long de la SA par ces axes de
développement :
Utilisation responsable de biens et de services
Connaissance des rapports entre la production et la consommation
Souci de faire des choix éclairés en matière de consommation
Connaissance de l’environnement
Compréhension de certains phénomènes caractéristiques du milieu humain
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Compétences transversales cibléesCompétences d’ordre intellectuel
Résoudre des problèmes.
Exercer son jugement critique.
Compétences d’ordre méthodologique
Se donner des méthodes de travail efficaces.
Compétences d’ordre personnel et social
Coopérer.
Compétence de l’ordre de la communication
Communiquer de façon appropriée.
Compétences disciplinaires cibléesCompétence 2 : Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques
Situer une application dans son contexte
Analyser une application sous l’angle de la technologie
Construire son opinion sur la qualité d’une application
Compétence 3 : Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et en
technologie
Interpréter des messages à caractère scientifique et technologique
Produire des messages à caractère scientifique et technologique
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Contenu disciplinaireConcepts prescrits présents dans la SA ou potentiellement présents.
Langage des lignes
Standards et représentations
o schémas et symboles
Ingénierie mécanique
Fonctions types
Fonction de guidage
Liaisons des pièces mécaniques
Degrés de liberté d’une pièce
Adhérence et frottement entre les pièces
Construction et particularités des systèmes de transmission du mouvement
Construction et particularités des systèmes de transformation du mouvement
Matériaux
Caractérisation des propriétés mécaniques
Contraintes (flexion, cisaillement)
Types et propriétés :
o matières plastiques (thermodurcissables),
o céramiques,
o matériaux composites.
Modification des propriétés (dégradation, protection)
Fabrication
Usinage
Mesures et contrôle
Force et mouvement
Force
Types de forces
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Techniques prescrites
Langage Graphique- Schématisation
- Utilisation d’un logiciel de dessin vectoriel
On pourrait aussi ajouter le montage et démontage, même si cette technique ne fait pas partie du cours.On pourrait aussi inclure l’utilisation sécuritaire du matériel, bien que nous ne sommes pas dans une fabrication d’objet technique.
Préalables requisIdéalement, les notions de l’univers technologique de 3e secondaire (SCT-3061 et SCT-
3065). Sinon, il faut passer plus de temps avec l’élève pour lui apprendre, entre autres, à
faire des schémas propres à la science et à la technologie.
Si cette SA est utilisée en fin de sigle, l’élève devrait, logiquement, avoir toutes les
ressources nécessaires et être prêt pour faire ce travail.
Ressources matérielsMoteur Briggs and Stratton 675EX à quatre temps (126M02-1015)
Vous pouvez commander ce genre de moteur pour environ 250 $ dans n’importe quel
commerce qui vend ou répare des tondeuses ou des petits moteurs. Par exemple, à Nicolet :
http://www.bmr.co/fr/trouvez-votre-magasin/covilem-inc.html
Plan de montage et de démontage du moteur
Document essentiel. Le but de la SA n’est pas d’apprendre comment le monter et le
démonter. Il a été créé par une équipe passionnée de l’école secondaire de Rivière-du-
Loup. Je les remercie chaleureusement pour le partage. J’ai mis presque toutes les réponses
du corrigé dans le plan de l’élève puisque mon but n’était pas qu’il apprenne ou qu’il
cherche ces informations. Si vous voulez, vous pourriez toujours enlever ces réponses et
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utiliser ce plan comme activité pédagogique à part entière (sans la SA).
Version Word : https://drive.google.com/open?id=0B1B0VoVwI1YKUm1GdkNPbVp2c2M
Outils pour le démontage et le remontage,
La liste est disponible à la page deux du plan de montage et de démontage. Il s’agit d’outils
de base que vous avez probablement déjà à votre centre. L’utilisation d’une clé
dynamométrique n’est pas essentielle, mais je vous recommande tout de même son
utilisation. C’est une notion importante à savoir en mécanique et ça constitue un excellent
moyen d’introduire une discussion sur les forces et ses unités.
Gants de mécanicien,
Ce n’est pas essentiel, mais ça évite que les mains des élèves soient huileuses. En achetant
un moteur neuf, on s’assure que le moteur est propre, sans huile et sans essence.
Cependant, une huile claire est quand même présente pour les tests du moteur en usine.
Elle coulera les deux ou trois premières fois que le moteur sera démonté (souvent fait par
l’enseignant les premières fois). Cette huile pourra donc être essuyée. Après trois
démontage, presque plus rien ne coule du moteur. Les gants servent aussi (un peu) à
prévenir les coupures. À notre CS, l’acheteur nous a fourni des gants de concierge et ça
fonctionne bien.
Manuel Observatoire, Synergie ou autre,
La SA utilise le manuel Observatoire. Cependant, elle n’est pas dépendante de ce manuel.
Si vous utilisez une autre maison d’édition, vous devrez changer les références à ce manuel
et mettre les bons numéros de page dans la SA.
Documentation du CDP,
Voir la section Ressources Internet pour tous les liens vers la documentation.
Ordinateur ou tablette connecté à Internet.
Toujours pratique pour faire des recherches. À l’atelier, la tablette peut être très utile pour
produire des photos et des vidéos du système étudié. L’élève pourrait même répondre à sa
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question de recherche avec un montage réalisé à l’aide de l’application Explain Everything
ou ÉduCréation. N’hésitez pas à solliciter de l’aide de votre conseiller RÉCIT FGA au
besoin.
Photos, vidéos et animations des systèmes du moteur
Si l’élève ne démonte pas le moteur, il serait important de modifier la mise en situation et
le matériel disponible. Les photos et vidéos sont disponibles sur Alexandrie FGA. D’autres
vidéos et animations peuvent assurément être trouvées sur YouTube ou sur des sites
spécialisés.
Ressources encyclopédiquesObservatoire de 4e secondaire.
Observatoire4, Synergie ou Kaléidoscope pourraient aussi être utilisés.
En fait, n’importe quelle maison d’édition peut être utilisée.
Ressources InternetTout ce qui est disponible sur le site du CDP : http://cdpsciencetechno.org/
Plus précisément :
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/previews/mecanismes/
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/telechargement/
mecanisme_schema_symboles.pdf
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/previews/langtech/
http://cdpsciencetechno.org/wp-content/uploads/2013/11/ASPECTS1.pdf
https://unites.uqam.ca/enssc/projets/Techno/Boite/Fonctions.pdf
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/telechargement/
Fonctions_mecaniques_maitre.pdf
http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/UserFiles/File/telechargement/schematisation.pdf
Youtube pour des explications du fonctionnement du moteur à quatre temps. Par exemple :
https://www.youtube.com/watch?v=uZLxAbcjnqI
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https://www.youtube.com/watch?v=I88CIOGQle8
Courtes vidéos de l’auteur en action (moins de 30 sec.) :
https://youtu.be/uvbop4luEP0 (Mécanisme du carburateur)
https://youtu.be/XiKM-dyJEZI (les quatre temps du moteur)
https://youtu.be/NWrUwZkynlg (moteur en action manuellement)
https://youtu.be/Tu7gqTTrQYo (utilisation de la clé dynamométrique)
Le démontage et remontage par un mécanicien, explications comprises :
https://www.youtube.com/watch?v=wQwWxR3zCbQ (démontage : 31 min.)
https://www.youtube.com/watch?v=CzaJ_97iaKU (remontage partie 1 – piston et plus : 25 min.)
https://www.youtube.com/watch?v=J9BB8M_V9VU (remontage partie 2 – carburateur et plus : 24 min.)
https://www.youtube.com/watch?v=fVokey273Ok (remontage partie 3 – réservoir : 9 min.)
https://www.youtube.com/watch?v=8VSmb8yzveo (remontage partie 4 – test de feu : 1 min)
https://www.youtube.com/watch?v=7C8adgbFHQA (explication moteur deux temps : 10 min.)
Déroulement GénéralPréparationLecture par l’adulte de la mise en situation;Définition du problème.Activation des connaissances antérieures.Mise en place du plan d’action par l’élève.L’enseignant vérifie cette partie avec l’élève et évalue son travail une première fois. Une rétroaction immédiate devrait être donnée à l’élève
RéalisationÀ la recherche d’un mécanisme à étudier dans le moteur. Cette étape se déroule à l’atelier.Schématisation du système choisi.Analyse des résultats.
IntégrationRédaction de la réponse à la question de recherche.Retour réflexif.
Réinvestissement éventuel
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À l’aide de ce même canvas d’analyse technologique et en changeant quelques questions,
l’enseignant peut demander à l’adulte de choisir son objet technique à analyser. De cette
manière, l’adulte peut se sentir plus concerné et motivé par la tâche.
Vous pourriez également aborder ces questions avec vos élèves :
Quels autres objets techniques contiennent un moteur à quatre temps?
Quels autres objets techniques contiennent votre système trouvé dans le moteur à quatre
temps?
Lorsque vous irez au garage automobile, quelles nouvelles connaissances acquises dans
cette SA pourra vous être utiles?
Arbre principal, arbre à cames, piston, soupapes, bougie, ce vocabulaire est-il plus clair
pour vous maintenant?
Qu’avez-vous appris dans cette SA qui pourra vous être utile dans la vie?
Connais-tu mieux le moteur à quatre temps maintenant? Quelles nouvelles connaissances
pourront vous être utiles dans la vie?
Il serait intéressant (mais ça demande du temps) de poursuivre l’analyse des moteurs en
analysant un moteur à deux temps. L’élève pourrait alors comparer les deux objets et
justifier l’utilisation d’un ou l’autre selon la situation ou l’utilisation.
L’élève pourrait aussi approfondir sa recherche et explorer les différences entre le moteur à
tondeuse qu’il vient d’analyser et son moteur de voiture.
Pour aller encore plus loin, on pourrait demander à l’élève de comparer un moteur
électrique (à tondeuse ou pas) à un moteur à quatre temps. Les frontières de l’analyse
pourraient alors être plus large.
Évaluation prévueL’enseignant doit évaluer le cahier de l’élève et poser un jugement sur le développement
de ses compétences. L’utilisation de la grille critériée du ministère est suggérée. Ainsi,
l’élève sait aussi comment il sera évalué à son évaluation ministérielle. Le corrigé pourra
aider l’enseignant pour son jugement et il peut également se bâtir une grille de vérification
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d’observables, au besoin.
NotesSi vous ne voulez pas passer beaucoup de temps à l’atelier à démonter et remonter le
moteur, vous pourriez faire analyser à l’élève le premier système présent : le mécanisme de
démarrage du moteur. Il n’y a pas d’huile. Par contre, il est un peu plus complexe et je
vous déconseille d’aller voir le ressort à lame, puisqu’il est très difficile à remettre en
place. Voici les autres mécanismes suggéré à étudier dans le moteur :
Système à bielle et à manivelle,
Système à roues dentées,
Système à cames et tige-poussoir.
Je vous recommande donc fortement de vous rendre jusqu’à l’intérieur du moteur où ses
trois derniers systèmes se voient très bien. C’est assez simple et rapide d’aller jusque-là.
Vous pourriez même, pour sauver une heure ou deux, toujours démonter le moteur à partir
de la culasse (étape 17) et le remonter jusque-là. Bien que vous sauvez du temps, vous
passez à côté d’une foule de notions intéressantes entourant le moteur. Quoi qu’il en soit,
peu importe votre choix, je vous déconseille d’enlever le piston si vous n’êtes pas à l’aise à
aider les élèves à le remonter. De plus, cette étape nécessite plus d’habiletés, des outils plus
spécialisés, mais aussi plus de temps. L’intention de cette SA n’est pas de savoir démonter
et remonter un moteur, mais bien de faire l’analyse d’un de ses systèmes.
Le carburateur serait aussi un excellent système à étudier, mais il demande des recherches
plus approfondies et est moins évident à représenter pour les élèves.
N’hésitez à me contacter pour des questions ou commentaires sur cette SA. Il me fera
plaisir de vous répondre. 819 293-5821 # 6730 ou [email protected]
AnnexesPour des exemples de réponses possibles, veuillez consulter le corrigé disponible sur
Alexandrie FGA.
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Commentaires sur les différentes sections du cahier de l’élève.
A. Définir le problèmeIci, l’élève définit le problème et détermine les frontières de l’étude.
Question possible à l’élève : Avez-vous validé votre compréhension de la problématique avec une
tierce personne?
B. Énoncer vos idées initialesCette section sert à activer les connaissances antérieures des élèves. Si l’élève a de la difficulté à
s’exprimer, les questions peuvent être répondues oralement avec l’enseignant ou avec d’autres
élèves.
C. Plan d’actionAvant d’aller à l’atelier, l’élève doit connaître les mesures de sécurité. Il doit également savoir quoi
faire et dans quel ordre le faire, dans la mesure du possible. Il est bien sûr possible qu’il adapte son
plan d’action en cours de route.
D. Vérifier vos idéesC’est à ce moment que l’élève commence son analyse technologique. En démontant le moteur, il
analyse sommairement les systèmes rencontrés afin de choisir celui qui lui plaît.
Un élève moins curieux pourrait se limiter à démonter le mécanisme de démarrage du moteur et de
l’analyser. Par contre, un élève plus curieux et aventureux pourrait se rendre jusqu’au centre du
moteur et analyser un des trois systèmes présents et bien apparents.
Une fois le système identifié, il en complète l’analyse tout en pensant à répondre à la question de
recherche.
Si l’élève a déjà fait beaucoup de schématisation et pour gagner du temps, l’enseignant pourrait
donner à l’élève un schéma du corrigé en enlevant certaines parties qui seraient à compléter. C’est
vraiment cette étape de schématisation qui est très longue, autant à la main qu’à l’ordinateur.
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Cependant, cette SA est conçue de manière à faire schématiser l’élève pour bien le préparer à son
évaluation finale du cours. À mon avis, il est donc formateur qu’il passe un bon moment à
schématiser un système concret qu’il a lui-même manipulé.
E. ConclusionCette section est la plus difficile puisque l’élève n’a peut-être jamais eu à traiter une question de
recherche de la sorte. De plus, la question est complexe. Pour aider l’élève dans la tâche,
l’enseignant devrait décortiquer la question avec lui et préciser jusqu’où on veut qu’il aille dans son
analyse. Si l’élève a encore de la difficulté, on pourrait lui montrer une réponse en lien avec un autre
système. De plus, la réponse n’a pas nécessairement à être écrite. Elle peut très bien faire l’objet
d’un petit dialogue avec l’enseignant ou le technicien, ce qui encore une fois permettrait à l’élève de
sauver du temps et à l’enseignant de bien juger du développement de ses compétences, puisqu’il est
possible de le questionner. De plus, je suggère l’utilisation d’une application comme Explain
everything pour que l’élève consolide ses apprentissages en communiquant aux autres sa
compréhension du système étudié à l’aide de photos, de vidéos, de ses schémas et de ses
explications sous forme audio. Ainsi, il doit bien comprendre ce qu’il dit et c’est une façon, à mon
avis, de bien consolider les apprentissages réalisés pendant la SA. Un enseignant pourrait même
décider d’intégrer cette réalisation dans le cadre d’un cours d’informatique.
En terminant, je tiens à souligner l’importance du retour réflexif sur la SA réalisée. Ce retour,
idéalement en présence de l’enseignant, servira à consolider les nouveaux apprentissages, à
réfléchir sur la démarche employée et à préparer les étapes à venir.
Merci de m’envoyer vos commentaires, vos photos, vos améliorations des documents, vos idées et vos questions. Il me fera plaisir de vous répondre.
François Guay-FleurentEnseignantFormateur-accompagnateur en SCT - Centre-du-QuébecConseiller pédagogique pour le Récit FGA – région 17819 293-5821 #[email protected]
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