Projet d'ingénierie et prototypage

Introduction

Le projet d'ingénierie est l'aboutissement de la spécialité ITEC : mener un mini-projet réel, du CdCF au prototype fonctionnel, en équipe. Le prototypage rapide permet d'itérer vite grâce à l'impression 3D, l'usinage CNC et l'électronique embarquée.

Pilotage projet

• Cycle en V : spécification → conception → réalisation → validation.
• Méthodes agiles (Scrum, Kanban) : sprints, rétrospectives.
• PERT / Gantt : planning tâches et jalons.
• RACI : responsabilités.
• AMDEC produit : criticité = Fréquence × Gravité × Non-détection.

Prototypage rapide

Impression 3D

• FDM : dépôt de filament (PLA, PETG, ABS). Résolution 0,1-0,4 mm.
• SLA/DLP : résine photopolymérisée. Détail élevé.
• SLS : frittage laser de poudre polymère. Pièces fonctionnelles.
• SLM : fusion sélective de poudre métallique. Séries courtes aéro/médical.

Usinage CNC

• Fraisage 3-5 axes, tournage, gravure laser.
• FAO : passage CAO → Gcode via CAM (Fusion 360, HSMWorks).
• Bureaux et FabLabs disposent de MOCN < 800 W didactiques.

Électronique / embarqué

• Plateformes Arduino, ESP32, Raspberry Pi.
• Capteurs (T°, IMU, ultrasons), actionneurs (servo, moteur pas-à-pas).
• Prototypage rapide PCB : KiCad + fournisseurs (JLCPCB, Aisler).

Validation

• Essais mécaniques (banc universel).
• Mesures énergétiques (wattmètre, capteur de courant Hall).
• Analyse fonctionnelle : chaque FS vérifiée par un critère mesurable.
• Reporting : cahier de manip, incertitudes, plans d'amélioration.

Économie et industrialisation

• Passer du prototype à la série : moules, gammes, MOCN industriels, contrôle qualité.
• Time-to-market : moyennes 12-24 mois pour un produit électronique.
• Chiffrage : coûts fixes (moules, R&D), coûts variables (matière, MOD).

Éthique et sécurité

• Marquage CE, normes CEM (EN 55032), sécurité électrique (EN 60950).
• Ergonomie, cas d'usage dégradé, RGPD si données personnelles.
• Éco-conception intégrée dès la spec.

Communication du projet

• Poster technique, vidéo démo, pitch de 3 min.
• Documentation open source (GitHub, Instructables).
• Soutenance orale : problématique → démarche → résultats → perspectives.

Exemple chiffré — chiffrage d'un prototype

Prototype de support de capteur, 60 pièces prévues en présérie.

Procédé	Coût outillage	Coût pièce	Coût 60 pièces	Délai
Impression 3D FDM PETG	0 €	3,20 €	192 €	2 j
Impression 3D SLS PA12	0 €	11 €	660 €	5 j
Usinage CN alu	120 € (bridage)	18 €	1 200 €	8 j
Injection plastique	6 500 € (moule)	0,45 €	6 527 €	6 sem.

Seuil de rentabilité injection / FDM : $6\,500 + 0{,}45 n = 3{,}20 n \Rightarrow n \approx 2\,364$ pièces. En dessous, le prototypage rapide gagne — c'est le raisonnement attendu au bac.

Exemple chiffré — planning et jalons

Projet de 70 h élève réparties sur 12 semaines :

• Analyse du besoin + cahier des charges fonctionnel : 8 h (jalon J0, revue de besoin).
• Recherche de solutions, matrice de choix pondérée : 10 h (J1).
• CAO + simulation (RDM, thermique) : 20 h (J2, revue de conception).
• Prototypage et essais : 22 h (J3).
• Validation, dossier, soutenance : 10 h (J4).

Marge conseillée : 15 % soit ~10 h de réserve pour les aléas (impression ratée, composant en rupture).

Exemple chiffré — matrice de choix pondérée

Critère (poids)	Solution A	Solution B
Coût (30 %)	4	2
Masse (20 %)	3	5
Fabricabilité (25 %)	5	3
Impact environnemental (25 %)	2	4
Note pondérée	3,55	3,45

Calcul A : $0{,}30\times4 + 0{,}20\times3 + 0{,}25\times5 + 0{,}25\times2 = 3{,}55$. Écart faible (<5 %) : on tranche par un essai réel, pas par la note.

Points-clés à retenir

• Un prototype répond à une question précise : géométrie, fonction, ergonomie ou tenue mécanique — jamais les quatre à la fois.
• Toujours justifier le procédé par le couple quantité / coût unitaire, pas par la disponibilité de la machine.
• Le dossier de projet doit tracer les itérations : version, essai, écart mesuré/attendu, décision.