Les Sciences - programme de cinquième
Physique-chimie, sciences de la vie et de la Terre, technologie
Leçon 14 - L’objet technique
Besoin, fonction et usage
L’objet technique
Regarde autour de toi. La chaise, le stylo, la fenêtre, la lampe, le sac posé par terre : rien de tout cela n’a poussé tout seul. Chaque objet a d’abord été un manque, puis une idée, puis un dessin, puis un atelier. Ce cours raconte comment un besoin devient un objet, et pourquoi certains objets s’imposent quand d’autres, pourtant ingénieux, tombent dans l’oubli.
Ce que tu vas apprendre
- Ce qui fait qu’un objet est technique
- Le besoin : la question qui vient avant l’objet
- La fonction d’usage et la fonction d’estime
- Des fonctions techniques aux solutions techniques
- Le cahier des charges : écrire ce que l’on attend
- Les lignées d’objets et la fin de vie
À la fin du cours t’attendent un quiz de douze questions avec son corrigé, quatre exercices de réflexion et un lexique.
Ce qui fait qu’un objet est technique
Pose ton stylo sur la table, et à côté, un caillou ramassé dans la cour. Les deux tiennent dans la main, les deux sont faits de matière, les deux peuvent servir à quelque chose : le caillou cale une porte, le stylo écrit. Pourtant, un seul des deux est un objet technique. La différence ne se voit pas au premier regard, car elle ne tient ni à la forme ni à la matière. Elle tient à une intention humaine.
Un objet technique est un objet conçu, fabriqué et mis en service par l’être humain pour répondre à un besoin. Sa fabrication suppose une transformation volontaire de la matière : quelqu’un a choisi un matériau, lui a donné une forme, assemblé des pièces, dans un but défini à l’avance.
Ni la matière, ni la complexité ne suffisent à décider
Une erreur fréquente consiste à croire qu’un objet technique se reconnaît à sa matière : le métal et le plastique relèveraient de la technique, le bois et la laine de la nature. Cette idée résiste mal à l’examen. Le bois d’une chaise vient d’un arbre, le coton d’un tee-shirt d’une plante, la laine d’un pull d’un mouton. Ces trois objets n’en sont pas moins techniques, parce que la matière première y a été sciée, filée, tissée, assemblée par des personnes qui savaient ce qu’elles voulaient obtenir.
Une seconde erreur consiste à réserver le mot technique aux machines compliquées. Une aiguille à coudre compte pourtant autant qu’un satellite : elle possède une pointe calculée pour percer le tissu sans le déchirer, un chas dont le diamètre est ajusté au fil, une longueur choisie selon l’usage. Sa simplicité est le résultat d’un travail, et non son absence.
Reste le cas troublant du bâton. Ramassé au bord du chemin et utilisé tel quel pour marcher, il demeure un objet naturel dont l’être humain se sert. Écorcé, taillé en pointe, muni d’une lanière de cuir, il devient un objet technique, car la matière a alors été transformée pour un but. La frontière passe donc par le geste de transformation, et les préhistoriens la discutent encore pour les outils les plus anciens, dont les traces de taille sont parfois difficiles à distinguer des cassures naturelles.
| Objet | Nature | Transformation subie |
|---|---|---|
| Un caillou de la cour | Naturel | Sa forme vient de l’érosion, non d’une main humaine. |
| Un galet taillé préhistorique | Technique | Des éclats ont été détachés pour obtenir un tranchant. |
| Une éponge de mer | Naturel | Le squelette de l’animal est simplement nettoyé et séché. |
| Une éponge de cuisine | Technique | Une mousse est fabriquée, découpée, parfois collée à une face grattante. |
| Une pomme | Naturel | Le fruit pousse sur l’arbre, même si le verger est entretenu. |
| Un pot de compote | Technique | Cuisson, broyage, mise en pot étanche, étiquetage. |
Le 19 septembre 1991, deux randonneurs allemands aperçoivent un corps émergeant de la glace, à environ 3 210 mètres d’altitude, dans les Alpes de l’Ötztal, tout près de la frontière entre l’Italie et l’Autriche. Ils croient d’abord à un alpiniste mort de froid. Les analyses révèlent une momie naturelle vieille d’environ 5 300 ans, que les chercheurs surnomment Ötzi.
La découverte est exceptionnelle par ce qui entourait le corps : une hache à lame de cuivre poli, fixée à un manche d’if par un lacet de cuir et par du brai de bouleau ; une dague à lame de silex glissée dans un fourreau tressé en fibres d’ortie ; un arc d’if de 1,82 mètre, inachevé ; un carquois contenant quatorze flèches, dont douze restaient à terminer ou à réparer ; une hotte montée sur une armature de noisetier ; deux récipients cylindriques en écorce de bouleau ; enfin un petit sac abritant de quoi faire du feu, avec de l’amadou et du silex.
Chacun de ces objets répond à un besoin identifiable : trancher, percer, chasser, transporter, se chauffer, se protéger. Et les douze flèches inachevées racontent quelque chose que les musées oublient parfois : un objet technique demande de l’entretien, des réparations, des pièces de rechange. Il vit avec celui qui le porte.
Le brai de bouleau qui tenait la lame de la hache d’Ötzi ne se ramasse pas dans la nature : il se fabrique. Il faut chauffer de l’écorce de bouleau à l’abri de l’air, ce qui exige de couvrir le feu pour empêcher l’écorce de brûler, puis recueillir la substance noire et collante qui s’en écoule et qui durcit en refroidissant. Autrement dit, avant même d’emmancher la hache, ces populations fabriquaient déjà la colle qui allait la tenir. Un objet technique en cache souvent plusieurs autres derrière lui.
Sors cinq objets de ta trousse et remplis mentalement trois cases pour chacun : la matière de départ, la transformation subie, le besoin visé. Prenons la gomme comme modèle. Matière de départ : du caoutchouc, naturel ou fabriqué à partir du pétrole, auquel s’ajoutent une charge minérale et un colorant. Transformation : mélange, cuisson, découpe au format, impression du logo. Besoin visé : effacer une trace de crayon sans déchirer le papier.
Le dernier point est le plus intéressant. Une gomme trop dure abîme la feuille, une gomme trop tendre se désagrège : sa dureté résulte d’un compromis calculé par un fabricant. Rien dans cet objet n’est arrivé par hasard.
- Un objet technique est fabriqué par l’être humain pour répondre à un besoin ; il suppose une transformation volontaire de la matière.
- La matière d’origine ne dit rien : le bois, la laine et le coton donnent des objets techniques.
- La complexité ne dit rien non plus : une aiguille est un objet technique à part entière.
- La frontière passe par le geste : le bâton ramassé reste naturel, le bâton taillé devient technique.
- Un objet technique s’entretient et se répare, comme le montre l’équipement d’Ötzi.
Nous savons reconnaître un objet technique. Vient alors la question qui commande tout le reste, celle que le concepteur se pose avant son premier coup de crayon : de quoi une personne a-t-elle besoin ?
Le besoin : la question qui vient avant l’objet
Un concepteur ne commence pas par dessiner. Il commence par comprendre ce qui manque à quelqu’un. Tant que ce manque n’est pas formulé, la plus belle invention risque de ne servir à personne, et l’histoire des techniques est remplie de machines admirables que nul n’a voulu acheter.
Le besoin est ce qui manque à une personne et qu’un objet peut satisfaire. En technologie, ce mot recouvre à la fois la nécessité, comme se protéger du froid, et le désir, comme se distinguer par un vêtement. La personne concernée porte le nom d’utilisateur, et ce sur quoi l’objet agit s’appelle la matière d’œuvre.
Trois questions qui suffisent à cadrer un projet
Pour éviter de partir dans une direction fausse, les concepteurs utilisent un schéma très simple, dont la silhouette rappelle une tête de taureau, ce qui lui a valu son surnom de bête à cornes. Il tient en trois questions : à qui l’objet rend-il service, sur quoi agit-il, dans quel but. La troisième question est la plus importante, car elle nomme le résultat attendu sans imposer la moindre solution.
Observe la réponse à la deuxième question : la matière d’œuvre n’est pas l’aliment, mais la boîte fermée. C’est bien sur elle que l’outil agit, et son état bascule de fermée à ouverte. Cette précision paraît minuscule ; elle évite pourtant de confondre l’objet à concevoir avec ce que l’utilisateur en attend au bout du compte.
En 1795, un ancien confiseur parisien, Nicolas Appert, cherche un moyen de conserver longtemps des aliments. Il finit par comprendre qu’un aliment chauffé dans un récipient hermétiquement fermé se garde des mois. En 1809, il présente sa méthode au ministre de l’Intérieur, qui lui laisse le choix entre déposer un brevet ou recevoir un prix de l’État à condition de publier son procédé. Appert choisit la publication : le prix de 12 000 francs lui est notifié le 30 janvier 1810 et son livre paraît en juin de la même année.
Dès le mois d’août 1810, un commerçant anglais, Peter Durand, obtient un brevet qui remplace le verre fragile par des boîtes en fer étamé. La boîte de conserve est née. Elle intéresse d’abord les marines et les armées, qui doivent nourrir des hommes loin de toute cuisine.
Un détail passe alors inaperçu : personne n’invente l’outil pour ouvrir ces boîtes. Une conserve embarquée en 1824 dans une expédition polaire portait cette consigne imprimée : découper le couvercle à l’aide d’un ciseau et d’un marteau. Il faut attendre 1858 pour qu’un Américain du Connecticut, Ezra Warner, brevette le premier ouvre-boîte, soit quarante-huit ans après la boîte elle-même.
Pourquoi un tel retard ? Trois raisons se combinent. D’abord, les premières boîtes étaient faites d’un fer épais que seul un outil lourd entamait. Ensuite, leurs utilisateurs, marins et soldats, disposaient déjà de marteaux et de baïonnettes, et ne réclamaient donc rien. Enfin, quand les procédés de fabrication ont permis des parois d’acier plus minces, au milieu du XIXe siècle, la conserve est entrée dans les cuisines des familles, où le marteau ne convenait plus du tout. L’objet n’a pas changé : c’est l’utilisateur qui a changé, et le besoin est apparu avec lui.
Le nom du procédé d’Appert lui a survécu : la stérilisation des aliments en récipient clos s’appelle encore aujourd’hui l’appertisation. En renonçant au brevet, Appert a offert sa découverte au monde entier, ce qui a permis à d’autres de s’enrichir à sa place. Sa fabrique de Massy connut d’ailleurs de graves difficultés, et il mourut sans fortune en 1841.
| Objet | Utilisateur | Matière d’œuvre | But visé |
|---|---|---|---|
| Le parapluie | Le piéton sous la pluie | Les gouttes qui tombent | Garder les vêtements et le corps au sec en marchant |
| Le casque de vélo | Le cycliste | Le choc reçu par la tête | Répartir et amortir l’énergie d’un impact |
| La trousse | L’élève | Les stylos et le matériel | Rassembler et transporter sans perte ni fuite d’encre |
| Le réveil | Le dormeur | Le sommeil de l’utilisateur | Interrompre le sommeil à une heure choisie d’avance |
Prends le porte-clés d’une maison. La réponse rapide serait : il sert à ranger les clés. Regarde de plus près. Une clé seule se perd, se confond avec une autre, glisse au fond d’une poche. Le besoin réel se formule donc ainsi : rassembler plusieurs clés en un seul volume repérable, saisissable d’une main, et impossible à égarer sans que le porteur s’en aperçoive.
Une fois ce besoin écrit, des choix de conception deviennent compréhensibles. Un porte-clés volumineux se remarque dans une poche : ce n’est pas un défaut, c’est une réponse. Un anneau rigide résiste à l’ouverture accidentelle : ce n’est pas de la rigidité inutile, c’est une exigence.
- Le besoin précède l’objet : il exprime ce qui manque à un utilisateur.
- Trois questions le cadrent : à qui l’objet rend-il service, sur quoi agit-il, dans quel but.
- Ce sur quoi l’objet agit s’appelle la matière d’œuvre ; son état change entre le début et la fin de l’action.
- Le besoin dépend de l’utilisateur : un changement de public fait apparaître des attentes nouvelles, comme le montrent les quarante-huit ans qui séparent la boîte de conserve de l’ouvre-boîte.
Le besoin est posé. Il faut maintenant dire ce que l’objet devra faire, et découvrir que cette réponse comporte deux volets bien distincts : ce que l’objet permet, et ce qui donne envie de le choisir.
La fonction d’usage et la fonction d’estime
Deux gourdes sont posées sur une étagère de magasin. Elles ont la même contenance, le même prix, le même bouchon étanche. L’une est grise, l’autre porte un motif que l’acheteur trouve réussi. La seconde part dans le sac, la première reste sur l’étagère. Le service rendu était pourtant identique. Pour comprendre ce qui s’est joué, les techniciens distinguent deux familles de fonctions.
La fonction d’usage est le service que l’objet rend, indépendamment de celui qui l’utilise. Elle s’énonce par un verbe à l’infinitif suivi d’un complément : permettre de transporter une boisson. Tous les utilisateurs la jugent de la même manière.
La fonction d’estime rassemble ce qui donne envie de choisir cet objet plutôt qu’un autre : la couleur, la forme, la matière au toucher, la marque, le sentiment d’appartenir à un groupe. Elle varie d’une personne à l’autre, et parfois d’une année à l’autre.
L’estime n’est pas un supplément décoratif
Il serait commode de classer la fonction d’usage du côté du sérieux et la fonction d’estime du côté du superflu. Ce classement conduit pourtant à des échecs prévisibles. Un casque de vélo qu’un collégien juge ridicule finit sur l’étagère de l’entrée : sa protection, si excellente soit-elle, ne s’exerce sur personne. Un cartable que son propriétaire refuse de porter ne transporte plus rien. La fonction d’estime conditionne l’usage réel, et le concepteur qui la néglige aboutit à un objet qui restera inutilisé.
La difficulté vient de ce que ces deux fonctions se mesurent différemment. La contenance d’une gourde se vérifie avec une éprouvette graduée, et la mesure donnera le même résultat pour tout le monde. Le plaisir procuré par sa couleur ne se mesure pas ainsi : il s’étudie par des enquêtes, des essais auprès d’utilisateurs, des observations en magasin. Les deux relèvent du travail du concepteur, avec des méthodes distinctes.
À la fin des années 1970, l’entreprise japonaise Sony vend un petit magnétophone à cassettes destiné aux journalistes, le Pressman. Masaru Ibuka, l’un des deux fondateurs de la firme, emportait alors en avion un appareil du même genre pour écouter de la musique, et se plaignait de son encombrement. Il demande aux ingénieurs un appareil allégé, réservé à l’écoute au casque.
La réponse déconcerte l’entreprise : pour gagner de la place, la fonction d’enregistrement est purement et simplement supprimée, ainsi que le haut-parleur. Un magnétophone qui n’enregistre plus ressemblait pour beaucoup à un recul. Les ingénieurs mettent au point en parallèle un casque léger, dont la masse passe d’environ 400 grammes à une cinquantaine, condition sans laquelle l’écoute en marchant restait pénible.
L’appareil, baptisé Walkman, est commercialisé au Japon le 1er juillet 1979 sous la référence TPS-L2. Sony tablait sur quelques milliers d’exemplaires mensuels ; les ventes des deux premiers mois ont dépassé de très loin ces prévisions. La fonction d’usage avait été volontairement rétrécie, et c’est ce retrait qui a créé un objet nouveau : non plus un appareil pour enregistrer le monde, mais un appareil pour emporter sa musique avec soi.
Le nom Walkman fut jugé fautif par les équipes chargées de la vente hors du Japon, car il ne respecte pas les règles de formation des mots anglais. L’appareil fut donc lancé sous le nom de Soundabout aux États-Unis et de Stowaway au Royaume-Uni. Multiplier les noms coûtait cher et brouillait le message : Sony revint au nom japonais, qui devint mondial. La marque fait elle aussi partie de la fonction d’estime.
Attribuer une invention à une seule personne relève le plus souvent d’une simplification. Un inventeur germano-brésilien, Andreas Pavel, avait déposé dès 1977 des brevets décrivant un appareil stéréophonique portatif destiné à l’écoute au casque, sous le nom de Stereobelt.
Une longue procédure judiciaire l’a opposé à Sony. Retenons la règle générale : une invention naît le plus souvent de plusieurs travaux menés en parallèle, et la personne dont l’histoire retient le nom est souvent celle qui a su transformer l’idée en produit vendu.
| Objet | Fonction d’usage | Fonctions d’estime possibles |
|---|---|---|
| La gourde | Permettre de transporter et de boire une boisson | Couleur, motif, matière au toucher, silhouette |
| La montre | Permettre de lire l’heure | Bracelet, forme du cadran, marque, épaisseur |
| La chaussure de sport | Protéger le pied pendant l’effort | Couleurs, semelle visible, logo, silhouette |
| Le cartable | Transporter des livres et des cahiers sans les abîmer | Tissu, coloris, rabats, autocollants possibles |
| La lampe de bureau | Éclairer une surface de travail | Style, finition du métal, teinte de la lumière |
Voici trois phrases proposées par des élèves à propos d’une lampe de poche. La première : cette lampe est pratique. La deuxième : cette lampe fonctionne avec deux piles. La troisième : permettre d’éclairer un espace sombre en se déplaçant.
Seule la troisième convient. La première exprime une appréciation, donc une estime. La deuxième décrit une solution retenue, non un service rendu : une lampe à manivelle éclairerait tout autant sans la moindre pile. La troisième commence par un verbe à l’infinitif, nomme le service et laisse le concepteur libre du moyen. Écris à ton tour la fonction d’usage d’un taille-crayon, puis vérifie que ta phrase ne décrit pas la manière dont il est fabriqué.
- La fonction d’usage énonce le service rendu ; tous les utilisateurs la jugent de la même façon.
- Elle s’écrit par un verbe à l’infinitif suivi d’un complément, sans nommer de solution.
- La fonction d’estime rassemble ce qui donne envie de choisir l’objet ; elle dépend des goûts.
- Un objet que personne ne veut porter perd son usage : l’estime conditionne l’usage réel.
- Le Walkman montre qu’un objet nouveau peut naître du retrait d’une fonction, et non de son ajout.
Nous savons ce que l’objet doit rendre comme service. Ouvrons maintenant le capot : quelles tâches ses différentes parties doivent-elles assurer pour que ce service existe ?
Des fonctions techniques aux solutions techniques
La fonction d’usage décrit l’objet vu de l’extérieur, tel que l’utilisateur le perçoit. Le concepteur, lui, doit passer de l’autre côté et répartir le travail entre les différentes parties de l’objet. Chacune reçoit alors une tâche précise, que plusieurs dispositifs différents peuvent assurer.
Une fonction technique est une tâche qu’une partie de l’objet doit assurer pour que la fonction d’usage soit remplie : fermer deux pans de tissu de façon réversible, fournir l’énergie, orienter la lumière.
Une solution technique est le dispositif concret retenu pour assurer cette fonction : un bouton, une pile, un réflecteur. Une même fonction technique admet plusieurs solutions concurrentes, et le concepteur tranche selon le coût, la robustesse, la facilité d’emploi et les moyens de fabrication disponibles.
Cette figure explique pourquoi deux vestes du même prix ne se ferment pas de la même manière. Le lacet s’ajuste finement, mais demande deux mains et du temps. Le bouton-pression se ferme d’un geste, et cède sous une forte traction, ce qui devient un défaut sur un manteau de montagne et un avantage sur une combinaison que le porteur doit pouvoir arracher vite. La fixation à crochets et boucles se manipule d’une seule main, ce qui la rend précieuse pour un enfant ou pour une personne dont une main est immobilisée ; en revanche, elle retient les poussières et les fibres, et perd de sa tenue avec le temps.
La fermeture à glissière a mis trente ans à devenir fiable. Présentée en 1893 à l’exposition universelle de Chicago par Whitcomb Judson, la première version reposait sur des crochets et des œillets, et elle s’ouvrait seule sous l’effort, ce qui la rendait peu utilisable. Un ingénieur d’origine suédoise, Gideon Sundback, la reprit entièrement : il remplaça les crochets par de petites dents symétriques, en augmenta nettement le nombre sur une même longueur, et calcula la forme qui permettait aux dents de s’enclencher fermement tout en se libérant sans effort. Son brevet de 1917 décrit la fermeture que nous utilisons encore. Quant au mot anglais zipper, il fut créé en 1923 par une entreprise de caoutchouc qui l’employa pour des couvre-chaussures, en imitant le bruit de la glissière.
En 1941, un ingénieur suisse, George de Mestral, rentre d’une sortie avec son chien. Ses vêtements et le pelage de l’animal sont couverts de fruits de bardane, ces petites boules qui s’agrippent au tissu. Au lieu de les jeter, il en place une sous son microscope, et découvre que chaque épine se termine par un minuscule crochet souple, capable de saisir une boucle de laine puis de la relâcher sans se casser.
De cette observation naît une idée : reproduire le couple crochet et boucle avec deux bandes de tissu. La réalisation prend une décennie, car il faut trouver un matériau assez souple pour se déformer et assez résistant pour ne pas se rompre après des milliers d’ouvertures. Le nylon, mis au point peu avant, apporte la réponse. De Mestral dépose sa demande de brevet en Suisse en 1951, puis fonde son entreprise et enregistre une marque construite à partir de deux mots français, velours et crochet : Velcro.
Cette histoire porte un nom : la bio-inspiration, autrement dit la recherche de solutions techniques dans les dispositifs du vivant. La nature ne conçoit pas des objets, mais elle offre au concepteur un catalogue de mécanismes éprouvés par des millions d’années de sélection.
Le nom de cette marque est si répandu qu’il a remplacé le nom de la chose dans le langage courant. Le terme exact reste pourtant fixation à crochets et boucles, et plusieurs fabricants en produisent aujourd’hui. La même confusion frappe d’autres objets techniques : frigidaire, klaxon ou scotch sont des marques devenues des noms communs. En technologie, mieux vaut nommer la solution par sa nature, car le nom de la marque ne dit rien du principe employé.
Décomposer un objet en fonctions techniques
Prenons une lampe de poche et cherchons ce que ses parties doivent assurer. La démarche est utile pour n’importe quel objet : elle transforme un bloc opaque en une liste de tâches, dont chacune peut ensuite être améliorée séparément.
| Fonction technique | Solutions possibles | Ce qui fait pencher la balance |
|---|---|---|
| Produire la lumière | Ampoule à filament, diode électroluminescente | La diode consomme moins et résiste mieux aux chocs |
| Fournir l’énergie | Piles jetables, accumulateur rechargeable, manivelle | La manivelle dispense d’acheter des piles, mais impose un effort |
| Commander l’allumage | Interrupteur à glissière, bouton poussoir | Le poussoir permet des signaux brefs, la glissière tient seule |
| Orienter le faisceau | Réflecteur creux, lentille, tête réglable | La tête réglable coûte plus cher mais couvre deux usages |
| Tenir dans la main | Corps moleté, revêtement souple, dragonne | La dragonne protège de la chute, encombre la poche |
Cherche dans ta garde-robe trois systèmes de fermeture différents, par exemple des boutons, une fermeture à glissière et une fixation à crochets et boucles. Assieds-toi, glisse une main derrière ton dos et tente de fermer chaque vêtement d’une seule main, en te chronométrant.
Le classement obtenu ne correspondra probablement pas à celui du confort ou du prix. Cette expérience montre que la meilleure solution technique n’existe pas dans l’absolu : elle dépend du critère retenu, et donc de l’utilisateur pour qui l’objet est conçu. Un fabricant de vêtements adaptés aux personnes handicapées classera ces solutions autrement qu’un fabricant de vestes de ville.
- Une fonction technique est une tâche assurée par une partie de l’objet, au service de la fonction d’usage.
- Une solution technique est le dispositif concret retenu pour assurer cette tâche.
- Une même fonction technique admet plusieurs solutions concurrentes ; le choix repose sur des critères explicites.
- La bio-inspiration cherche des solutions dans les mécanismes du vivant, comme le crochet de la bardane.
- Un nom de marque ne décrit pas une solution technique : mieux vaut nommer le principe employé.
Fonctions et solutions sont identifiées. Encore faut-il les écrire quelque part, sous une forme que le concepteur, le fabricant et l’acheteur puissent lire de la même manière. Ce document existe : c’est le cahier des charges.
Le cahier des charges : écrire ce que l’on attend
Entre le besoin exprimé et l’atelier qui fabriquera l’objet, des dizaines de personnes vont intervenir : concepteurs, dessinateurs, acheteurs de matières, techniciens, contrôleurs. Pour qu’elles travaillent dans la même direction, un document sert de référence commune. Il ne raconte pas l’objet : il énonce ce que l’objet devra faire, et ce qu’il devra supporter.
Le cahier des charges fonctionnel est le document qui énonce les fonctions attendues d’un objet et les contraintes qu’il doit respecter. Chaque exigence y est écrite avec trois éléments : un critère qui dit ce que l’on mesure, un niveau qui dit quelle valeur atteindre, et une flexibilité qui dit si ce niveau se négocie.
Sa règle d’or tient en une phrase : le cahier des charges dit ce que l’objet doit faire, et se garde de dire comment le faire.
Cette règle a une conséquence pratique. Écrire « la gourde sera en aluminium » ferme la porte à toutes les autres matières avant même d’avoir examiné leurs mérites. La formulation correcte nomme l’exigence réelle : la gourde ne doit donner ni goût ni odeur à la boisson, résister à une chute d’un mètre sur du béton, et peser moins de deux cents grammes à vide. Un fabricant pourra proposer l’acier, l’aluminium ou un plastique alimentaire, et le concepteur choisira sur des mesures plutôt que sur une habitude.
Voir l’objet au milieu de son environnement
Un objet ne vit pas seul. Il touche des utilisateurs, des matières, des lieux, des températures, des règles. Pour ne rien oublier, les concepteurs dessinent l’objet au centre d’un cercle et placent autour de lui tous les éléments extérieurs avec lesquels il entre en relation. Ce dessin porte le nom de diagramme des interacteurs.
Deux sortes de traits apparaissent. La fonction principale, notée FP, relie deux éléments extérieurs en passant par l’objet : la gourde met l’élève en relation avec sa boisson, ce qui est la raison d’être de l’objet. Les fonctions contraintes, notées FC, relient l’objet à un seul élément extérieur : elles disent ce que l’environnement lui impose. Ici, la gourde doit entrer dans un cartable sans le déformer, supporter les chocs d’une journée de classe, se laisser laver sans se détériorer, et tenir une boisson chaude sans brûler la main.
Ces deux schémas portent des surnoms imagés : le premier est appelé bête à cornes, et le second est souvent nommé diagramme pieuvre, à cause de ses traits qui rayonnent. Ces surnoms viennent d’une méthode française déposée sous le nom d’APTE ; les manuels emploient donc de préférence les deux appellations neutres, expression du besoin et diagramme des interacteurs. Quant au cahier des charges lui-même, il a longtemps suivi une norme française identifiée par le code NF X50-151, remplacée en 2013 par une norme européenne, la NF EN 16271.
En 1947, l’entreprise américaine General Electric sort d’années de guerre pendant lesquelles certains matériaux étaient devenus introuvables. Les ateliers avaient dû remplacer des pièces par d’autres, faute de mieux. Or, à la surprise générale, plusieurs de ces remplacements avaient donné des produits aussi bons, et parfois moins coûteux.
La direction confie à un ingénieur des achats, Lawrence Miles, le soin de comprendre ce phénomène. Sa réponse tient dans une question qu’il pose systématiquement devant chaque pièce : quelle fonction remplit-elle réellement ? Non pas de quoi est-elle faite, non pas comment est-elle usinée, mais à quoi sert-elle. Dès que la fonction est nommée, d’autres façons de l’assurer apparaissent, souvent moins chères.
De cette question naît, en décembre 1947, une méthode appelée analyse de la valeur, qui se répandit ensuite dans le monde entier. Elle repose sur un rapport simple : la valeur d’un produit augmente lorsque la satisfaction du besoin s’améliore, et lorsque le coût diminue. Rendre un objet moins cher en le dégradant ne crée donc pas de valeur ; enrichir un objet de fonctions dont personne ne veut n’en crée pas davantage.
| Fonction ou contrainte | Critère | Niveau | Flexibilité |
|---|---|---|---|
| Contenir la boisson | Volume utile | Au moins 0,50 litre | Impérative |
| Rester étanche | Fuite, gourde couchée | Zéro goutte après une heure | Impérative |
| Se transporter aisément | Masse à vide | Moins de 200 grammes | Peu négociable |
| Résister aux chocs | Chute sur béton | Sans fuite après 1 mètre | Peu négociable |
| Se nettoyer | Ouverture du goulot | Diamètre supérieur à 4 cm | Négociable |
| Plaire à l’utilisateur | Choix de coloris | Trois coloris au minimum | Négociable |
Trois lignes ont été proposées pour le cahier des charges d’un cartable. Première ligne : le cartable comportera deux bretelles rembourrées. Deuxième ligne : le cartable devra répartir la charge sur les épaules de manière à limiter la douleur au bout de trente minutes de marche. Troisième ligne : le cartable devra protéger son contenu d’une averse de dix minutes.
La première ligne est l’intrus, car elle impose une solution. Les bretelles rembourrées constituent une réponse possible, parmi d’autres : une sangle ventrale, un dos moulé ou un chariot à roulettes répondraient à la même exigence. En écrivant la solution à la place de l’exigence, le rédacteur interdit à l’équipe de conception de chercher mieux.
- Le cahier des charges fonctionnel énonce les fonctions attendues et les contraintes à respecter.
- Chaque exigence associe un critère, un niveau et une flexibilité, afin de pouvoir être vérifiée.
- Sa règle d’or : dire ce que l’objet doit faire, sans dire comment le faire.
- Le diagramme des interacteurs place l’objet au milieu de son environnement : la fonction principale relie deux éléments extérieurs, les fonctions contraintes relient l’objet à un seul.
- La valeur d’un objet augmente quand la satisfaction du besoin s’améliore et quand le coût diminue.
Un objet répond au besoin d’une époque. Les besoins se déplacent, les matériaux progressent, les usages changent : l’objet doit alors se transformer ou disparaître. Suivons pendant soixante-dix ans une famille d’objets qui a connu les deux.
Les lignées d’objets et la fin de vie
Peu d’objets naissent achevés. La plupart appartiennent à une suite d’objets antérieurs qui rendaient déjà le même service, moins bien ou autrement. Suivre cette suite est instructif, car chaque étape répond à un défaut de l’étape précédente, et permet de comprendre pourquoi nos objets ont la forme qu’ils ont.
Une lignée d’objets est une suite d’objets qui remplissent la même fonction d’usage et qui dérivent les uns des autres. Le passage d’un maillon au suivant s’explique par une nouvelle contrainte, un nouveau matériau, un nouveau procédé de fabrication, ou par un besoin qui s’est déplacé.
Étape par étape, et à chaque fois pour une raison
1817, la draisienne. Le 12 juin 1817, le baron badois Karl Drais relie Mannheim à un relais de poste voisin sur une machine à deux roues alignées, entièrement en bois, dépourvue de pédales : le conducteur pousse le sol avec ses pieds, assis sur une selle, et dirige la roue avant. Le contexte compte. L’éruption du volcan Tambora, en avril 1815, avait injecté dans l’atmosphère des poussières qui refroidirent le climat, et l’année 1816 fut si froide en Europe et en Amérique du Nord qu’elle reçut le surnom d’année sans été. Les récoltes manquèrent, l’avoine devint rare et chère, des chevaux furent abattus. Un moyen de se déplacer sans cheval trouvait là un motif sérieux.
1861, la pédale. Dans un atelier parisien, l’idée germe de fixer des manivelles et des pédales directement sur l’axe de la roue avant. Les pieds quittent le sol, la propulsion devient continue, et l’engin prend le nom de vélocipède. Le progrès est considérable, mais il installe une limite : l’allure dépend alors de la cadence de pédalage, que les jambes ne peuvent pas dépasser.
Vers 1871, le grand-bi. Puisque les pédales sont solidaires de la roue, un tour de pédale fait avancer l’engin d’une circonférence de roue, ni plus ni moins. Pour aller plus vite sans pédaler plus vite, les constructeurs agrandissent la roue avant, jusqu’à environ 1,50 mètre sur les modèles de course. Le calcul est imparable, le résultat est spectaculaire, et le défaut aussi : le cycliste est perché très haut, presque à l’aplomb de l’axe, et le moindre obstacle le projette par-dessus la roue.
1885, la bicyclette de sûreté. La solution vient d’un dispositif emprunté aux machines industrielles : une chaîne reliant un grand plateau, entraîné par les pédales, à un petit pignon fixé à la roue arrière. La roue tourne alors plus vite que les pédales, et la grande roue perd sa raison d’être. John Kemp Starley présente en 1885 un modèle nommé Rover, avec deux roues de taille voisine, le pédalier entre les deux et la selle reculée. La chute par-dessus la roue avant appartient au passé.
1888, le pneumatique. Les bandages de caoutchouc plein transmettaient chaque pavé au squelette du cycliste. L’idée d’enfermer de l’air sous pression dans une chambre souple change le confort, et améliore aussi l’adhérence. La bicyclette prend alors la silhouette que nous lui connaissons.
En 1887, à Belfast, un vétérinaire écossais nommé John Boyd Dunlop observe son jeune fils peiner sur son tricycle, dont les bandages de caoutchouc plein rendaient chaque pavé douloureux. Il entoure les roues de bois d’un tube de caoutchouc gonflé d’air, protégé par une toile. Le résultat dépasse ses espérances : le tricycle roule plus silencieusement, plus vite, et adhère mieux. Dunlop dépose le brevet du pneumatique à valve le 7 décembre 1888, et le succès arrive par les courses cyclistes, où les concurrents équipés de ces roues devancent les autres.
Deux ans plus tard, le brevet est invalidé. Un examen plus attentif révèle qu’un autre Écossais, Robert William Thomson, avait fait breveter dès 1845 une roue à air formée d’une chambre gonflée enfermée dans du cuir. Cette invention avait été démontrée à Londres, puis oubliée : le caoutchouc de l’époque manquait de résistance, la réparation restait délicate, et surtout les véhicules à roues étaient trop peu nombreux pour qu’un marché existe.
Retenons la leçon, qui vaut au-delà de la bicyclette : une solution technique arrive parfois avant les matériaux et les usages qui la rendraient utile. La même idée, séparée de quarante-trois ans, échoue puis réussit.
Sur un grand-bi, un tour de pédale fait avancer d’une circonférence de roue. Avec une roue de 1,50 mètre de diamètre, cette longueur vaut environ 4,7 mètres, puisqu’une circonférence s’obtient en multipliant le diamètre par le nombre pi, voisin de 3,14.
Sur une bicyclette à chaîne, la roue arrière effectue plusieurs tours pour un seul tour de pédalier. Avec un plateau de 48 dents et un pignon de 16 dents, elle en effectue trois, car 48 divisé par 16 donne 3. Une roue de 0,70 mètre de diamètre a une circonférence d’environ 2,2 mètres ; trois tours font donc environ 6,6 mètres.
Une roue deux fois plus petite fait avancer d’environ un mètre et demi de plus à chaque tour de pédale. La solution technique appelée transmission par chaîne a rendu la roue géante inutile, et c’est bien un rapport d’engrenages qui a mis fin à une silhouette d’objet.
La draisienne fut interdite dans plusieurs villes d’Europe et d’Amérique du Nord peu après son apparition. La raison tient à l’environnement de l’objet : les chaussées, creusées d’ornières par les roues des voitures à chevaux, rendaient l’équilibre difficile, si bien que les conducteurs se rabattaient sur les trottoirs et y circulaient beaucoup plus vite que les piétons. Un objet technique dépend des milieux qu’il traverse ; en 1817, le réseau de routes lisses qui aurait convenu à la draisienne restait à construire.
Deux points de ce récit demandent de la retenue. Le rôle de l’année sans été dans l’invention de la draisienne est une explication défendue par plusieurs historiens des techniques, et non un fait établi par un document de Drais lui-même.
La paternité de la pédale, quant à elle, se partage entre plusieurs noms, dont Pierre Michaux, son fils Ernest et Pierre Lallement, sans que les sources permettent de trancher. Les dates données pour le premier grand-bi varient aussi de 1869 à 1871 selon les modèles retenus.
Ce qui arrive à l’objet après nous
La lignée décrit la vie d’une famille d’objets. Chaque exemplaire, lui, connaît un parcours individuel, du minerai jusqu’au centre de tri. Ce parcours porte le nom de cycle de vie, et les concepteurs l’étudient parce que chacune de ses étapes consomme de la matière et de l’énergie.
| Étape | Ce qui s’y passe | Une question que se pose le concepteur |
|---|---|---|
| Extraction | Les matières premières sont prélevées et transformées en matériaux | Puis-je employer une matière recyclée ? |
| Fabrication | Les pièces sont produites, assemblées, contrôlées | Puis-je réduire le nombre de pièces ? |
| Distribution | L’objet est emballé, transporté, stocké, vendu | L’emballage est-il proportionné à l’objet ? |
| Utilisation | L’objet rend son service, s’use, se répare | Les pièces d’usure sont-elles remplaçables ? |
| Fin de vie | Réemploi, réparation, recyclage ou mise au rebut | Les matériaux se séparent-ils facilement ? |
La réparation a fait en France l’objet d’une mesure concrète. Depuis le 1er janvier 2021, plusieurs familles d’appareils électriques portent un indice de réparabilité, une note sur dix affichée au moment de la vente, qui tient compte de la disponibilité des pièces détachées, de la documentation et de la facilité de démontage. Depuis 2025, un indice de durabilité le remplace progressivement sur certaines catégories, en commençant par les téléviseurs puis les lave-linge ; il ajoute à la réparabilité des éléments de fiabilité et de robustesse.
- Une lignée d’objets rassemble des objets successifs qui rendent le même service et dérivent les uns des autres.
- Chaque étape de cette lignée répond à un défaut de la précédente : absence de propulsion continue, puis limite de vitesse, puis danger, puis inconfort.
- La transmission par chaîne a supprimé la roue géante en faisant tourner la roue arrière plus vite que les pédales.
- Un objet dépend de son environnement : sans routes lisses, la draisienne fut interdite dans plusieurs villes.
- Le cycle de vie comprend cinq étapes, de l’extraction à la fin de vie ; la réparabilité et la durabilité font aujourd’hui l’objet d’un affichage réglementé en France.
Quiz : douze questions sur l’objet technique
Réponds sans revenir en arrière, puis compare avec le corrigé de la page suivante. Une réponse fausse indique simplement le passage à relire.
1. Parmi ces trois objets, lequel reste un objet naturel ?
- a. Une éponge de cuisine
- b. Une éponge de mer nettoyée et séchée
- c. Un pot de compote
2. Qu’est-ce qui doit arriver à un bâton ramassé au bord d’un chemin pour qu’il devienne un objet technique ?
3. Cite les trois questions qui permettent d’exprimer un besoin.
4. Que désigne la matière d’œuvre d’un objet technique ?
- a. Le matériau dont l’objet est fait
- b. Ce sur quoi l’objet agit
- c. L’outil qui a servi à le fabriquer
5. Combien d’années séparent le brevet de la boîte de conserve de celui du premier ouvre-boîte ?
- a. Douze ans
- b. Quarante-huit ans
- c. Quatre-vingt-dix ans
6. Laquelle de ces trois phrases énonce une fonction d’usage pour un parapluie ?
- a. Ce parapluie est très élégant
- b. Ce parapluie possède huit baleines en fibre de verre
- c. Permettre de rester au sec sous la pluie en se déplaçant
7. Explique en deux phrases comment la fonction d’estime peut décider de l’usage réel d’un objet.
8. Quelle différence fais-tu entre une fonction technique et une solution technique ?
9. Énonce la règle d’or du cahier des charges fonctionnel.
10. Dans un diagramme des interacteurs, à quoi se reconnaît une fonction principale ?
11. Dans l’analyse de la valeur, deux évolutions font croître la valeur d’un produit. Lesquelles ?
12. Pourquoi la transmission par chaîne a-t-elle fait disparaître la roue géante du grand-bi ?
- b. L’éponge de mer est le squelette d’un animal, simplement nettoyé et séché ; sa forme ne vient pas d’une main humaine.
- Une transformation volontaire de la matière : le bâton est écorcé, taillé, aménagé pour un but. Le geste humain fait basculer l’objet.
- À qui l’objet rend-il service ? Sur quoi agit-il ? Dans quel but ?
- b. La matière d’œuvre est ce sur quoi l’objet agit, et dont l’état change : pour l’ouvre-boîte, la boîte fermée.
- b. Le brevet de la boîte date de 1810, celui du premier ouvre-boîte de 1858.
- c. La phrase commence par un verbe à l’infinitif, nomme le service rendu et n’impose pas de solution.
- Un objet que son utilisateur trouve laid ou embarrassant reste inutilisé. Un casque rangé dans un placard ne protège personne : sa fonction d’usage cesse alors de s’exercer.
- La fonction technique nomme la tâche à assurer, par exemple fermer deux pans de tissu. La solution technique est le dispositif retenu pour l’assurer : bouton, glissière, lacet.
- Le cahier des charges dit ce que l’objet doit faire, et se garde de dire comment le faire.
- Elle relie deux éléments extérieurs en passant par l’objet, alors qu’une fonction contrainte relie l’objet à un seul élément extérieur.
- La valeur augmente lorsque la satisfaction du besoin s’améliore, et lorsque le coût diminue.
- Parce que la chaîne fait tourner la roue plus vite que les pédales : la grande roue n’était plus nécessaire pour parcourir une longue distance à chaque tour de pédale, et sa disparition a supprimé le risque de chute par-dessus l’avant.
Quatre exercices de réflexion
Exercice 1 - Analyser un objet de ton choix. Choisis un objet que tu utilises chaque jour, hors téléphone. Réponds aux trois questions du besoin, puis écris sa fonction d’usage en commençant par un verbe à l’infinitif. Termine en citant deux fonctions d’estime que le fabricant a soignées, en justifiant par ce que tu observes sur l’objet.
Exercice 2 - Une fonction, plusieurs solutions. La fonction technique retenue est : assembler provisoirement plusieurs feuilles de papier. Recense au moins quatre solutions techniques différentes. Pour chacune, note un avantage et une limite. Puis choisis celle qui conviendrait le mieux à un devoir rendu à un professeur qui doit pouvoir séparer les feuilles sans les déchirer, et justifie ton choix par un critère précis.
Exercice 3 - Rédiger un extrait de cahier des charges. Ta classe doit concevoir un porte-crayons à poser sur une table. Rédige quatre lignes de cahier des charges, avec pour chacune une fonction ou une contrainte, un critère, un niveau chiffré et une flexibilité. L’une des quatre lignes portera sur la fin de vie de l’objet. Vérifie ensuite que tes lignes n’imposent ni matière ni forme.
Exercice 4 - Reconstituer une lignée. Choisis une famille d’objets parmi celles-ci : la lampe portative, le moyen d’écrire, le moyen de conserver les aliments. Décris trois maillons successifs de la lignée. Pour chaque passage d’un maillon à l’autre, indique le défaut auquel l’étape suivante répond. Termine par une phrase sur ce que la prochaine étape pourrait améliorer, en distinguant ce que tu sais de ce que tu supposes.
Lexique
Les huit illustrations photographiques de ce cours proviennent de Wikimedia Commons et sont appelées par un lien : leur affichage suppose une connexion à Internet. Cinq d’entre elles sont diffusées sous licence Creative Commons et leur crédit figure sous chaque image ; la gravure de la draisienne, la planche du brevet de l’ouvre-boîte et la photographie de la chaîne de montage appartiennent au domaine public. La réutilisation de ce document hors du cadre familial suppose de conserver ces mentions.
Fin du cours - Technologie 5e - L’objet technique : besoin, fonction et usage