Sciences de l’ingénieur · Première
Confronter exigences, simulation et mesure
Un modèle annonce une performance ; une mesure fournit une indication. Les comparer à la même exigence aide à décider ce qui est établi.
Un exemple pour commencer. Pour une longueur maximale de 50 mm, une indication à 49 mm paraît favorable. Il faut encore vérifier le point mesuré, les conditions et l’incertitude.
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Une séance à la fois
10 à 25 minenviron, par séance
Cours, exemple résolu et deux questions avec leur correction.
Organiser mon temps
- Les 6 séancesÀ répartir sur plusieurs jours
- 1 h 20 à 2 h 20
- Quiz de bilan12 questions, après les séances
- Environ 15 min
- Cartes de révision12 cartes, pour un premier passage
- Environ 10 min
Le quiz et les cartes se font en plus des séances. Choisis les ateliers et les dossiers techniques selon ce que tu veux retravailler.
Avance à ton rythme : les pauses et les reprises peuvent allonger ces durées.
Ces temps incluent les applications, le quiz et les cartes proposés avec l’abonnement.
Objectifs et prérequis
Objectifs du cours
Ce que tu vas savoir faire
- Associer chaque exigence fournie à sa grandeur, son comparateur, son seuil et son périmètre temporel.
- Utiliser les valeurs d’un modèle fourni sans lui attribuer des sorties qu’il ne calcule pas.
- Aligner les grandeurs et instants avant de calculer un écart signé.
- Distinguer moyenne des répétitions, écart-type et incertitude-type sur cette moyenne.
- Séparer valeur ponctuelle, maximum des points relevés et maximum sur un intervalle.
- Comparer chaque indicateur au critère correspondant et conserver une ligne non évaluée.
- Lire, en prolongement facultatif, un dossier séparant identification et contrôle sur données réservées.
1Séance 1 · 10 à 20 min
Comparer la bonne grandeur au bon seuil
Séance 1 · 10 à 20 min
Comparer la bonne grandeur au bon seuil
Cours
Un rappel utile
Une exigence choisit une grandeur, un seuil et une condition d’essai. Une moyenne et un maximum ne sont pas interchangeables.
Une moyenne de 37 °C et un maximum de 37 °C ne répondent pas à la même question. Le dossier demande d’une part une moyenne d’au moins 35 °C à 600 s, d’autre part de ne pas dépasser 40 °C pendant 0 à 900 s.
Pour une moyenne, additionne puis divise par le nombre de valeurs. Trois répétitions de 36, 37 et 38 °C donnent 37 °C de moyenne ; leur maximum est 38 °C. Le jeu R contient, lui, six cycles au même point P à 600 s.
Le point et l’instant font partie de la grandeur comparée. Six répétitions au point P ne sont ni six positions dans un volume, ni une observation de tous les instants. Une seule valeur à 600 s ne décrit pas tout l’intervalle.
Lis donc le critère avant de regarder les nombres : grandeur, comparateur, seuil, unité et périmètre. Les températures sont celles d’un exercice fictif ; ces seuils ne définissent aucune température sûre pour un usage réel.
Voir un exemple résolu
On exige une température maximale de 40 °C. Pendant un essai, on relève 37, 38 et 41 °C.
- La moyenne vaut (37 + 38 + 41)/3 ≈ 38,7 °C, mais le maximum vaut 41 °C.
- Le critère de maximum échoue : 41 > 40, même si la moyenne reste sous 40.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Pourquoi la moyenne R de 37 °C au point P à 600 s vérifie-t-elle le service mais pas la limite maximale sur 900 s ?
Pièces du dossier fictif
- R : six répétitions au point P à 600 s
- moyenne 37,0 °C ; seuil de service 35 °C
- limite 40 °C sur tout 0–900 s
- aucune chronologie R fournie
- pas de moyenne spatiale
Voir la correction
Le critère de service compare moyenne(R)=37,0 °C à 35 °C au même instant 600 s et au point P : l’inégalité est satisfaite dans R. La limite porte sur la température à chaque instant jusqu’à 900 s. Les six répétitions ne décrivent ni une montée complète ni les instants avant et après 600 s. Leurs valeurs favorables ne donnent donc pas le maximum continu. Une moyenne spatiale serait encore une autre grandeur. La bonne conclusion conserve REQ-TEM satisfaite et REQ-MAX non évaluée côté données, sans transformer ce manque en réussite.
Erreur à éviter. utiliser la moyenne à 600 s comme maximum sur 900 s
Pourquoi elle échoue. Une moyenne de répétitions au seul instant 600 s a été substituée à une température à tous les instants. L’opération change à la fois l’indicateur et le domaine temporel ; son résultat favorable ne répond plus à REQ-MAX.
Comment la reprendre. Nommer la grandeur, le point et l’intervalle ; garder la limite non évaluée.
2Séance 2 · 10 à 20 min
Lire une prévision sans dériver la formule
Séance 2 · 10 à 20 min
Lire une prévision sans dériver la formule
Cours
Un rappel utile
Un paramètre reste fixé pour un calcul ; la température T change avec le temps t. La calculatrice évalue exp, l’exponentielle.
Un modèle donne une prévision à partir d’hypothèses. M1 part de 20 °C et approche une température d’équilibre de 38 °C, avec une constante de temps de 180 s. Tu peux lire ses résultats sans établir sa formule.
La loi fournie est T(t) = 20 + 18 × (1 − exp(−t / 180)). À 0 s, elle donne 20 °C ; à 180 s, environ 31,378 °C ; à 600 s, environ 37,358 °C. Le terme exp est la fonction exponentielle de la calculatrice.
Dans ce scénario, la température du modèle augmente toujours : son maximum de 0 à 900 s se trouve à 900 s et vaut environ 37,879 °C. La valeur de 38 °C est l’équilibre approché, pas une mesure à un instant fini.
Le modèle suppose une température uniforme et des paramètres constants. Il ne calcule pas les parois ni les gradients. Sa croissance ne prouve pas que les relevés fictifs V, ou un système réel, évoluent eux aussi sans pic.
Voir un exemple résolu
Le modèle du chapitre est T(t) = 20 + 18[1 − exp(−t/180)], avec t en s et T en °C.
- Au départ t = 0 : exp(0) = 1, donc T(0) = 20 + 18(1 − 1) = 20 °C.
- Très longtemps après, exp(−t/180) tend vers 0 : la température tend vers 20 + 18 = 38 °C, dans ce modèle.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Voir pour comprendre
Des valeurs ponctuelles au maximum du modèle
M1 : initiale 20 °C, équilibre 38 °C, tau 180 s. Le modèle nominal est croissant.
| Grandeur | Valeur ou critère | Portée |
|---|---|---|
| T(0) | 20,000000 °C | Condition initiale |
| T(180) | 31,378170 °C | 63,2 % de la hausse totale |
| T(600) | 37,357868 °C | Valeur à comparer au service |
| T(900) | 37,878717 °C | Valeur finale sur cet horizon |
| Maximum continu de M1 | max(T(0),T(900)) | Justifié par sa monotonie, pas par une grille seule |
Lis le schéma. Lire l’instant et la nature de chaque valeur, avant de la comparer au cahier des charges.
La même propriété n’est pas acquise pour les relevés V.
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Quelles grandeurs M1 permet-il de calculer à 600 s et sur 0–900 s, et quelles questions restent hors de ce modèle uniforme ?
Pièces du dossier fictif
- T0 = 20 °C ; Teq = 38 °C ; tau 180 s
- T(600)=37,357868 °C
- T(900)=37,878717 °C
- loi uniforme et monotone
- aucune puissance ni variable spatiale
Voir la correction
M1 fournit une température au cours du temps sous son hypothèse uniforme. À 600 s, il donne 37,357868 °C. Comme la loi nominale est croissante, son maximum continu sur 0–900 s vaut T(900)=37,878717 °C. Ce raisonnement utilise la loi et les bornes de l’intervalle ; quatre valeurs tabulées seules ne démontreraient pas la monotonie. Aucun terme ne décrit une paroi, une puissance ou deux positions. Le modèle ne peut donc fournir ni énergie consommée ni preuve d’absence de point chaud réel. Ces questions demanderaient d’autres données et d’autres sorties.
Erreur à éviter. présenter la courbe uniforme comme preuve de température sûre partout
Pourquoi elle échoue. L’uniformité du modèle est une hypothèse qui ne décrit ni paroi ni champ spatial observé. Prendre cette hypothèse pour une preuve rendrait les points chauds impossibles par définition, sans observation capable de les révéler.
Comment la reprendre. Restreindre la réponse aux sorties calculées et demander les données de la question absente.
3Séance 3 · 15 à 25 min
Vérifier le calcul avec des cas connus
Séance 3 · 15 à 25 min
Vérifier le calcul avec des cas connus
Cours
Un rappel utile
Un cas connu à l’avance sert à vérifier un calcul : c’est un résultat attendu, parfois appelé oracle de test.
Un oracle est un résultat attendu avant l’essai. Pour vérifier le calcul de M1, on peut demander 20 °C au départ, les valeurs fournies à des instants connus et une progression entre les bornes.
Un calcul qui produit un nombre plausible peut rester faux. Vérifier plusieurs cas permet de repérer une erreur de signe ou de temps. Le programme Python fourni est un prolongement facultatif ; la lecture du tableau suffit au parcours guidé.
Pense aussi à un refroidissement : départ à 38 °C et équilibre à 20 °C. Le maximum est alors au départ, pas à la fin. Dans un cas constant à 35 °C, un critère « au moins 35 » est satisfait à l’égalité.
Ces tests vérifient le programme par rapport aux attentes du modèle. Comparer ensuite la prévision à des données réservées est une autre étape. Réutiliser la même formule erronée dans un test et dans le programme ne la contrôle pas indépendamment.
Voir un exemple résolu
Pour le modèle précédent, on sait que T(0) = 20 °C. Un programme affiche 38 °C à t = 0.
- La sortie contredit le résultat calculé à la main : ce test du programme échoue.
- On vérifie l’expression et les unités avant de comparer le programme à une expérience.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Quel scénario connu peut révéler une erreur de calcul du maximum, même si le chauffage nominal passe tous les tests ?
Pièces du dossier fictif
- refroidissement fourni 38→20 °C
- tau 180 s
- horizon 0–900 s
- loi décroissante
- maximum attendu 38 °C àt=0
Voir la correction
En refroidissement, la loi part de 38 °C et décroît vers 20 °C. Le maximum continu sur l’intervalle est donc 38 °C à l’origine, même si la dernière valeur est proche de 20 °C. Un programme qui utilise toujours T(900) comme maximum passe le chauffage nominal mais échoue sur cet oracle. La formule max(T(0),T(900)) convient aux deux sens parce que cette loi est monotone. Pour une courbe de relevés inconnue, cette propriété ne serait pas acquise. Le test vérifie une règle logicielle précise ; il ne prouve aucune fidélité thermique de M1.
Erreur à éviter. prendre toujours la dernière température pour le maximum
Pourquoi elle échoue. La règle du dernier instant a été déduite du seul chauffage nominal. Elle ignore le sens d’évolution et échoue dès que la température décroît ; un programme peut donc passer ce nominal tout en calculant un mauvais maximum.
Comment la reprendre. Utiliser les extrémités et la monotonie démontrée de la loi, avec un oracle de refroidissement.
4Séance 4 · 15 à 25 min
Aligner le point, l’instant et les unités
Séance 4 · 15 à 25 min
Aligner le point, l’instant et les unités
Cours
Un rappel utile
Deux températures sont comparables si elles concernent le même lieu, le même instant et les mêmes conditions.
Avant de soustraire deux températures, aligne les conditions : même point P, même origine du temps, même instant et même unité. Une valeur à 585 s ne devient pas une valeur à 600 s parce que les temps sont proches.
Si une horloge affiche 615 s et possède une avance documentée de 15 s, l’instant corrigé vaut 615 − 15 = 600 s. On corrige selon le registre, pas en cherchant le temps qui donne le plus petit écart.
R contient six répétitions à 600 s : leur moyenne vaut 37,0 °C et leur écart-type environ 0,141 °C. V correspond à un autre cycle observé à neuf instants ; une égalité de valeurs ne rend pas ces observations identiques.
Le critère de répétabilité compare l’écart-type s à 0,2 °C. La composante uA = s / √6 ≈ 0,058 °C concerne la moyenne. Ce plus petit nombre ne doit pas remplacer s, ni être présenté comme toute l’incertitude.
Voir un exemple résolu
La simulation donne 37,4 °C à 600 s au centre du boîtier. La mesure disponible est 36,8 °C à 300 s sur sa paroi.
- Ni l’instant ni le lieu ne coïncident : la différence brute mélange plusieurs effets.
- On aligne d’abord point et temps avant de calculer un résidu interprétable.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Comment distinguer la dispersion des six indications R et la composante de type A sur leur moyenne pour vérifier REQ-REP ?
Pièces du dossier fictif
- R : 36,9 ; 37,1 ; 37,0 ; 36,8 ; 37,2 ; 37,0 °C
- moyenne 37,0 °C
- somme des carrés 0,10 °C²
- n−1=5 ; six répétitions indépendantes supposées
- REQ-REP : s<=0,2 °C
Voir la correction
Le but. Vérifier REQ-REP, qui demande s ≤ 0,2 °C. Ce critère porte sur la dispersion des indications, pas sur l’incertitude de leur moyenne.
Calculer le centre des six répétitions R : 37,0 °C. La somme des carrés des écarts à ce centre vaut 0,10 °C².
Former l’écart-type d’échantillon. La variance vaut 0,10/(6 − 1) = 0,02 °C². Sa racine donne s ≈ 0,141421 °C.
Comparer la grandeur demandée au seuil. 0,141421 ≤ 0,2 : le critère de répétabilité est satisfait sur ce jeu. Comparer seulement 0,02 au seuil mélangerait variance et écart-type.
Calculer séparément uA si on en a besoin. Sous les hypothèses de répétition, uA = s/√6 ≈ 0,057735 °C concerne la moyenne. Utiliser ce nombre à la place de s rendrait artificiellement le test plus facile.
Conclure. REQ-REP est favorable dans les conditions de R. Ni s ni uA ne décrit un maximum entre les instants de V ou un budget complet d’incertitude. Dupliquer des lignes ne crée pas de cycles indépendants.
Erreur à éviter. comparer uA au seuil demandé pour s
Pourquoi elle échoue. s et uA portent la même unité mais pas sur le même objet statistique. Substituer la plus petite valeur uA au critère de dispersion le rend artificiellement plus facile, sans modifier les variations entre indications.
Comment la reprendre. Recalculer s avec n−1 et conserver uA dans son propre rôle.
5Séance 5 · 15 à 25 min
Calculer un résidu et garder les rôles des jeux
Séance 5 · 15 à 25 min
Calculer un résidu et garder les rôles des jeux
Cours
Un rappel utile
Le résidu r = mesure − prédiction indique ce que le modèle ne reproduit pas au point comparé.
Le résidu signé est ici relevé moins simulation. À 600 s : 37,0 − 37,357868 ≈ −0,358 °C. Le signe moins indique que la moyenne R est inférieure à la prévision, pas que la température elle-même est négative.
Le critère de résidu utilise sa valeur absolue : 0,358 ≤ 0,6 °C. Il est satisfait dans ce dossier. Cette comparaison à un seuil donné ne démontre pas à elle seule une compatibilité avec un budget complet d’incertitude.
Le dossier I a servi à fixer les paramètres ; R et V ne les modifient pas. Changer un paramètre après avoir lu V puis annoncer un bon accord sur V serait un nouvel ajustement, pas un contrôle resté indépendant.
L’identification de paramètres et la recherche des causes sont des prolongements facultatifs. Dans le noyau guidé, conserve les rôles des jeux, calcule le résidu et distingue une hypothèse de cause d’une cause réellement départagée.
Voir un exemple résolu
À un même point et à 600 s, la prédiction vaut 37,4 °C et la mesure 37,0 °C.
- r = 37,0 − 37,4 = −0,4 °C : le modèle surestime ici la température.
- Les données d’ajustement servent à régler le modèle ; un autre jeu resté réservé teste la prédiction.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Que peut-on conclure du résidu négatif de la moyenne R à 600 s, sans ajuster tau sur ces mêmes données réservées ?
Pièces du dossier fictif
- moyenne R = 37,0 °C
- M1(600)=37,3578681197 °C
- résidu signé−0,3578681197 °C
- seuil didactique absolu 0,6 °C
- paramètres figés après I
Voir la correction
Le résidu mesure moins simulation est négatif : la moyenne R est plus basse que M1 au même instant. Sa valeur absolue 0,357868 °C reste sous le seuil didactique 0,6 °C. Cela satisfait ce critère chiffré, sans identifier une cause ni établir une compatibilité métrologique complète. Un décalage de référence, d’origine temporelle, d’ambiante ou de dynamique pourrait intervenir. Modifier tau jusqu’à retrouver 37,0 °C ferait de R une donnée d’ajustement. Une nouvelle version demanderait d’autres données réservées avant de juger son accord prédictif.
Erreur à éviter. ajuster tau sur R puis présenter R comme validation réservée
Pourquoi elle échoue. Le paramètre est choisi après lecture de la donnée présentée comme test. Le résidu devient petit par construction, tandis que les autres causes possibles et la prédiction sur des données nouvelles ne sont toujours pas évaluées.
Comment la reprendre. Conserver M1 gelé, ou ouvrir une nouvelle version avec d’autres données réservées.
6Séance 6 · 15 à 25 min
Distinguer résultat ponctuel et conclusion globale
Séance 6 · 15 à 25 min
Distinguer résultat ponctuel et conclusion globale
Cours
Un rappel utile
Une conclusion annonce ce que les preuves permettent d’affirmer, avec leurs conditions.
Le bilan garde chaque critère sur sa ligne. Moyenne R, dispersion et résidu satisfont ici leurs seuils numériques. Trois résultats favorables ne signifient pas que toutes les exigences sont satisfaites.
Pour la limite de 40 °C, le modèle monotone reste en dessous sur tout l’intervalle. V donne seulement neuf points, dont le plus haut est 37,6 °C. Sans information entre ces points, le maximum continu côté données reste non évalué.
Un seul point à 40,4 °C suffirait au contraire à réfuter une limite de 40 °C dans son propre scénario. Il faut donc distinguer « aucun échec relevé » et « limite prouvée sur tous les instants ».
Ne soustrais pas un maximum continu du modèle et un maximum seulement relevé comme s’ils avaient le même périmètre. Conclus séparément et demande la preuve manquante. La note d’une revue ne lève pas ce blocage.
Voir un exemple résolu
Sur un essai de 15 minutes, les températures mesurées restent sous 40 °C.
- Le critère est respecté aux instants et dans les conditions observés.
- Cela ne garantit pas toutes les durées ni toutes les températures ambiantes ; un dépassement futur peut réfuter cette généralisation.
Pour aller plus loin : exercices et dossier technique
Voir pour comprendre
Une valeur favorable ne remplace pas une preuve manquante
Les statuts portent sur les critères et jeux fictifs indiqués, pas sur un appareil réel.
| Grandeur | Valeur ou critère | Portée |
|---|---|---|
| Service sur R | 37,0>=35 °C | Critère numérique satisfait à 600 s |
| Répétabilité R | 0,141421<=0,2 °C | s, pas uA |
| Résidu moyen R/M1 | 0,357868<=0,6 °C | Valeur absolue, critère didactique |
| Maximum continu M1 | 37,878717<=40 °C | Satisfait dans le modèle monotone |
| Maximum relevé V | 37,6<=40 °C | Neuf points seulement |
| Maximum continu côté données | Aucune borne entre les points | Non évalué ; conclusion globale bloquée |
Lis le schéma. Distinguer une valeur ponctuelle, une dispersion et deux natures de maximum.
Le manque de preuve continue ne disparaît pas dans un score global.
Cas d’ingénierie résolu
Voir un exemple résolu
Que permettent les neuf points V sur 0–900 s pour la limite de 40 °C, et pourquoi leur maximum ne prouve-t-il pas une limite continue ?
Pièces du dossier fictif
- V : neuf points distincts sur 0–900 s
- maximum relevé 37,6 °C à 900 s
- tous les pointsV<=40 °C
- intervalle 600–750 s sans autre indication
- aucune borne de variation fournie
Voir la correction
Le but. Vérifier si neuf indications sous 40 °C suffisent à établir la limite à tous les instants entre 0 et 900 s.
Séparer ce qui est relevé de ce qui manque. Le maximum des neuf points V vaut 37,6 °C à 900 s. Aucun de ces points ne dépasse 40 °C ; ce sont neuf résultats favorables aux instants observés.
Chercher la propriété qui permettrait de conclure entre les points. Le dossier ne fournit ni borne de variation ni autre information sur ces intervalles. On ne peut pas imposer gratuitement aux relevés la monotonie du modèle M1.
Tester la conclusion par un contre-exemple. Une courbe peut passer par 37,0 °C à 600 s et 37,4 °C à 750 s tout en montant au-dessus de 40 °C entre les deux. Cette possibilité logique n’est pas une nouvelle mesure et ne dit pas qu’un dépassement a réellement eu lieu.
Conclure séparément. Le maximum relevé est 37,6 °C ; le maximum continu côté données reste non évalué. M1 satisfait sa propre limite avec ses hypothèses et sa loi monotone.
Garder la preuve manquante visible. Une moyenne favorable, un faible résidu ou une bonne note ne valide pas cette exigence continue. Un seul point à 40,4 °C aurait au contraire suffi à la réfuter dans son scénario.
Erreur à éviter. déclarer le maximum continu satisfait parce que neuf points sont sous 40 °C
Pourquoi elle échoue. Les neuf indications ne décrivent que neuf instants. Sans borne de variation fournie, un dépassement intermédiaire reste possible ; appliquer gratuitement la monotonie de M1 aux relevés transformerait une hypothèse en résultat.
Comment la reprendre. Conserver le maximum relevé et le statut continu non évalué, sans compenser par les autres lignes.
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Sources du cours
Édition Maxdecours · Vérifié le .
Spécialité sciences de l’ingénieur, Première générale, programme du BO spécial du 22 janvier 2019
- Programme de sciences de l'ingénieur de Première et Terminale généralesMinistère de l'Éducation nationale et de la Jeunesse · consulté le 2026-09-13
- Programmes et ressources en sciences de l'ingénieur, voie GTÉduscol · consulté le 2026-09-13
- La démarche de l'ingénieurÉduscol · consulté le 2026-09-13
- Le Système international d'unités, 9e éditionBureau international des poids et mesures · consulté le 2026-09-13
- VIM 2.28 : évaluation de type A de l’incertitudeJCGM / BIPM · consulté le 2026-09-13
- VIM 2.45 : validationJCGM / BIPM · consulté le 2026-09-13
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