Fabriquer une manivelle

1. Comprendre le fonctionnement et déterminer les éléments d'un enrouleur

Dans un premier temps, les élèves essaient de fabriquer la manivelle avec du matériel disponible en classe : des K'Nex. Au terme du temps alloué à cette activité de construction, il s'avère que les manivelles construites ne sont pas très efficaces. Souvent l'enrouleur n'est pas suffisamment solidaire avec l'axe de la manivelle pour le faire tourner. Souvent ceci est dû au matériel proposé (voir activité toupie) Néanmoins, le fait d'avoir essayé de les construire avec ce matériel a permis aux élèves de concevoir correctement les différents éléments constitutifs de la manivelle.

2. Fabriquer l'enrouleur avec l'imprimante 3D

Ainsi, après plusieurs essais d'enrouleur avec des K'Nex, les élèves proposent de le fabriquer à l'aide de l'imprimante 3D. L'activité de réflexion sur la modélisation 3D de cet enrouleur démarre... C'est à partir de là que les choses vont se complexifier... car ...

• toutes les pièces de l'enrouleur avec manivelle ne peuvent être imprimées en une fois, sinon elles seront toutes soudées (regroupées) les unes aux autres, le tout sera bloqué et il ne sera pas possible de faire fonctionner la manivelle,

• donc, il n'est pas possible d'imprimer l'enrouleur, la manivelle et les pieds de support, en une seule pièce; il faut déconstruire l'objet en plusieurs pièces,

• il ne faut pas que la manivelle se retire de l'enrouleur,

• il faut tenir compte de la grandeur de la manivelle pour déterminer la grandeur des pieds de l'enrouleur,

• il faut pouvoir faire passer l'axe dans les trous des pieds de l'enrouleur, donc la manivelle et l'enrouleur ne peuvent être en une seule pièce,

• mais il faut que l'axe de la manivelle fasse tourner l'enrouleur (les élèves s'en étaient rendu compte lors de la construction avec les K'nex), donc la forme de l'axe ne peut être cylindrique, sinon "l'axe va tourner tout seul, sans l'enrouleur",

• ...

Pour avancer dans la fabrication, des groupes de 6 ou 7 élèves sont constitués. Du temps leur est laissé pour déterminer comment s'y prendre pour fabriquer la manivelle à l'imprimante. Les discussions sont généralement animées et concernent la façon de dessiner l'enrouleur et de comment décomposer l'enrouleur en plusieurs pièces, comme cela avait été fait lors de la fabrication avec des K'Nex. Après quelques minutes, l'enseignante organise une synthèse de ces réflexions avec la classe. Le dessin des différentes pièces est réalisé au tableau. L'objet manivelle-enrouleur est ainsi déconstruit et différents éléments constitutifs de cet objet technique sont déterminés :

• la manivelle avec l'axe de l'enrouleur (forme en étoile),

• les deux pieds qui reçoivent aussi l'axe de l'enrouleur, avec un trou suffisamment grand pour laisser passer l'axe,

• le cylindre enrouleur proprement dit, avec un trou en étoile au centre pour laisser passer l'axe en étoile.

Ces éléments seront dessinés par des groupes différents, ce qui implique la détermination des mesures de chaque pièce au préalable (voir page des repères théoriques , posture ingénieur). Ce qui n'est pas aisé et amène à des débats entre groupes comme par exemple dans l'extrait ci-dessous :

Dans ce cours extrait, deux élèves issus de deux paires différentes (l'une s'occupant de la manivelle et l'autre s'occupant du cylindre) discutent pour que ces deux pièces qu'ils dessinent correspondent et puissent être assemblées. Nous reproduisons ci-dessous une partie de cet échange au cours duquel l'institutrice accompagne les élèves dans leurs réflexions.

I - Donc, toi tu mets ton doigt là, c’est le bâton de Jules. Toi tu mets ton doigt à ton cylindre là, trente-cinq millimètres. Voilà la différence de taille. Est-ce que l’on ne pourrait pas … faire quelque chose ?

E1 - Mais Jules, … il faut que tu rétrécisses ton bidule.

E3 - Ton bidule [rires]

E1 - Jules, il vient de réussir et on lui dit qu’il doit recommencer ! Pauvre Jules !

I - Jusque combien à votre avis ? Il pourrait le faire jusque combien ?

E1 - Jusque …

E3 - 55

D'autres mesures doivent être négociées comme celle de l'épaisseur de l'axe qui détermine le trou à réaliser dans l'enrouleur pour le faire passer. Ainsi, la fabrication de cet enrouleur avec manivelle est un vrai travail de collaboration et de négociation argumentée.

Date de création de la page : 2019 Page mise à jour : 31 août 2020