INITIATION AUX SCIENCES DE 
L'INGÉNIEUR 
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ENSEIGNEMENT DE DÉTERMINATION
 
 
 
I - PRÉSENTATION
 
 
 
Notre pays, pour affirmer sa place dans le concert des pays industrialisés, dans un 
contexte de concurrence mondiale accrue, doit satisfaire aux besoins croissants en 
techniciens, ingénieurs et chercheurs. La complexité actuelle des produits et 
l'amélioration constante de leurs performances, dues entre autre à l'intégration des 
nouvelles technologies de l'information et de la communication, exigent des 
compétences pluridisciplinaires avec une compréhension approfondie des principes 
qui les gouvernent.
 
 
Ce développement technologique associe nouvelles méthodes de conception, 
capacité d'analyse scientifique et culture technique, pour la maîtrise des 
performances. Il est donc aujourd'hui important de proposer aux jeunes un 
enseignement qui leur apporte la connaissance et la compréhension des concepts 
élémentaires qui régissent le fonctionnement des produits de leur environnement. Les 
formations à la technologie répondent à cet objectif. Elles développent 
progressivement chez les élèves la connaissance et les méthodes d'approche des 
produits actuels, leur font découvrir l'intérêt des démarches et des contenus qu'ils 
rencontreront dans les filières scientifiques et technologiques du secondaire puis du 
supérieur. L'enseignement de détermination "Initiation aux sciences de l'ingénieur" 
leur permet ainsi de mieux affirmer leur projet personnel.
 
 
 
II - OBJECTIFS GÉNÉRAUX
 
 
 
Cet enseignement se caractérise par l'approche, à un niveau élémentaire, des 
principales technologies mises en œuvre dans les produits actuels. Il utilise pour cela 
les méthodes d'analyse et de conception assistées par ordinateur, associées à 
l'application concrète des savoirs scientifiques et techniques. En appui sur des 
produits de l'environnement quotidien, il recherche l'épanouissement des élèves en 
développant leur ouverture d'esprit, leur sens critique, leur créativité et leur capacité 
d'initiative. 
 
Il vise à :
 
 
- construire les bases d'une culture technique ;
 
 
- faire acquérir les connaissances et les démarches permettant la compréhension des 
systèmes présents dans l'environnement de l'élève ; 
 
- promouvoir l'utilisation des nouvelles technologies informatiques ;
 
 
- développer le travail en équipe ;
 
 
- aider à la construction du projet personnel de l'élève ;
 
 
- faire prendre conscience de la synergie avec les autres disciplines, en particulier 
avec la physique-chimie, les mathématiques, le français, et les langues étrangères.
 
 
 
III - MÉTHODOLOGIE ET ACTIVITÉS DES ÉLEVES
 
 
 
Cet enseignement se fonde sur une approche concrète des objets et systèmes 
techniques présents dans l'environnement quotidien et dans les secteurs industriels, 
avec la mise en œuvre d'outils informatiques permettant la modélisation des systèmes 
et la simulation de leur comportement. Les systèmes seront soigneusement choisis 
pour être représentatifs de la diversité et de la richesse des technologies actuelles. À 
cet effet, les supports tels que les systèmes automatisés déjà présents dans les 
laboratoires seront complétés par des produits empruntés à l'environnement quotidien 
de l'élève et suscitant son intérêt : domotique, moyens de transports, sport, jeux, 
audio-visuel, information et communication, ...
 
 
Cet enseignement privilégie une démarche inductive, par l'activité pratique et la 
manipulation, autour de préoccupations technologiques authentiques. La démarche 
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d'enseignement permet d'extraire les concepts scientifiques et technologiques par de 
permanents allers et retours entre l'observation du réel et les activités de modélisation 
et de simulation. Elle s'appuie sur l'étude d'objets et de systèmes, et de leurs 
solutions techniques par l'observation, l'analyse, la comparaison, l'expérimentation, le 
démontage, le remontage, la représentation, la modélisation, la simulation et l'étude 
d'évolutions possibles.
 
 
Les activités pédagogiques doivent conduire l'élève à :
 
 
- faire fonctionner le système pour identifier ses fonctions, observer et comprendre les 
phénomènes physiques associés, mesurer certaines caractéristiques ;
 
 
- démonter, monter, régler, comparer une (ou des) solution(s) constructive(s) réalisant 
une fonction technique du système, afin de comprendre l'agencement d'une structure 
et le choix des éléments qui la composent pour constituer la réponse à un besoin 
clairement identifié ;
 
 
- décrire les états du système pour en expliciter le fonctionnement ; 
 
- représenter des structures mécaniques du système à l'aide de modeleurs 
volumiques paramétrés pour comprendre, justifier, faire évoluer les formes de ces 
structures ;
 
 
- exploiter des représentations schématiques ;
 
 
- simuler tout ou partie du fonctionnement afin de découvrir les paramètres influents ;
 
 
- vérifier que le fonctionnement du système est conforme à la loi temporelle de 
commande ; 
 
et, dans le cadre du mini-projet de fin d'année, à :
 
 
- analyser et résoudre en autonomie un problème technique simple, partie d'un projet 
commun ;
 
 
- mener à bien dans un groupe de travail une activité sur un mini projet bien délimité 
et modeste, avec l'aide de bases de données techniques et d'un environnement 
informatique, pour développer le travail dans un esprit d'ingénierie concourante, 
proposer une solution et la valider après l'avoir éventuellement concrétisée.
 
 
 
IV - ORGANISATION DES ENSEIGNEMENTS
 
 
 
L'enseignement d'initiation aux sciences de l'ingénieur est dispensé sous forme de 
travaux pratiques en demi-divisions.
 
 
La nécessaire cohérence des enseignements dispensés, comme la qualité du suivi 
des élèves impliquent l'encadrement d'un groupe d'élève donné par le même 
professeur durant toute l'année scolaire. Les professeurs ayant en charge cet 
enseignement tireront avantage à travailler en équipe afin de mutualiser leur travail et 
d'harmoniser les acquis des élèves de groupes différents.
 
 
L'enseignement sous forme de travaux pratiques est privilégié pour faciliter 
l'autonomie d'action et de réflexion, respecter les rythmes d'apprentissage et favoriser 
une approche inductive des savoirs. Les activités pratiques occupent environ deux 
tiers du temps. Le tiers restant est réservé à des activités de synthèse. Ces activités 
permettent de structurer les connaissances et de dégager les concepts. Les 
soutenances relatives aux travaux en équipe (TP et mini-projet) faciliteront l'exercice 
de la communication écrite et orale et la valorisation des travaux effectués.
 
 
Le début du troisième trimestre de l'année scolaire est réservé à la réalisation d'un 
mini-projet qui exerce la créativité des élèves, met en œuvre et complète les savoirs 
et les savoir-faire induits et développe, chez les élèves, les capacités de réflexion 
autonome et de travail en groupe organisé.
 
 
L'organisation et l'équipement du laboratoire doivent permettre aux élèves, pour une 
période donnée, d'appréhender les mêmes centres d'intérêt.
 
 
 
V - PROGRAMME
 
 
 
L'enseignement de détermination " ISI " s'intéresse à l'étude de systèmes et de 
produits pluritechniques dont la complexité exige une approche structurée. A cet effet, 
le programme s'articule autour des approches fonctionnelle, structurelle, et 
comportementale, qui permettent d'appréhender et de caractériser les fonctions 
d'usage d'un système. L'association de ces trois approches développe les qualités 
d'analyse, les acquis techniques et pose les bases d'une future activité de conception. 
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Il s'agit de favoriser une culture des solutions constructives attachées à plusieurs 
champs technologiques et d'induire l'apprentissage des techniques de représentation 
et de modélisation à l'aide de l'outil informatique.
 
 
La colonne de gauche des tableaux qui suivent précise les compétences attendues 
en fin de seconde, qui définissent le contrat d'évaluation pour chaque point des 
différentes parties du programme. Elles sont exprimées par des verbes d'action. Les 
niveaux d'acquisition des savoirs et savoir-faire énoncés dans la colonne centrale 
sont caractérisés par les niveaux ci-dessous. Chacun de ces niveaux cumule les 
compétences des précédents.
 
 
Les savoirs et savoir-faire de base et les compétences associées sont regroupés 
dans les trois domaines caractéristiques de la démarche d'analyse et de conception 
des produits :
 
 
- l'analyse fonctionnelle des produits qui permet de décrire l'expression du besoin et 
de formuler les fonctions à satisfaire ;
 
 
- les solutions constructives associées aux fonctions, qui décrivent les solutions de 
réalisation et construction des fonctions techniques élémentaires, ainsi que leur 
représentation ; la première partie, "Animer un mécanisme", définit l'évolution et la 
transmission de l'énergie ; la seconde, "Commander et contrôler un système", 
caractérise l'acquisition, le traitement et la circulation de l'information ;
 
 
- les principes de base du comportement des systèmes, qui expliquent le 
fonctionnement des mécanismes, des circuits énergétiques et des circuits 
d'information associés ;
 
 
- l'ensemble de ces savoirs et savoir-faire est consolidé et réinvesti dans la mise en 
œuvre d'un mini-projet au cours du troisième trimestre.
 
 
 
N.B. : spécification des niveaux d'acquisition des savoirs et savoir-faire
 
 
1 - Niveau d'information
 (l'élève sait "de quoi on parle"). Il correspond à 
l'appréhension d'une vue d'ensemble d'un sujet. Les réalités sont montrées sous 
certains aspects de manière partielle ou globale.
 
 
2 - Niveau d'expression
 (l'élève sait "en parler". Il s'agit d'un niveau de compréhension 
qui correspond à l'acquisition de moyens d'expression et de communication. L'élève 
définit et utilise les termes de la discipline.
 
 
3 - Niveau de maîtrise d'outils
 (l'élève "sais faire"). Niveau d'application, il correspond 
à la maîtrise de procédés et d'outils d'étude ou d'action. L'élève sait utiliser, manipuler 
des règles, des principes, en vue d'un résultat à atteindre.
 
 
4 - Niveau de la maîtrise méthodologique
 (l'élève sait "choisir"). Il s'agit d'un niveau de 
savoir et d'autonomie, avec une capacité d'analyse, de synthèse et d'évaluation qui 
correspond à la méthodologie de pose et de résolution de problèmes. L'élève maîtrise 
une démarche. (Ce niveau ne sera pas demandé en seconde).
 
 
Cette liste de compétences terminales attendues ne préjuge en rien, ni de l'ordre 
d'acquisition privilégié par l'enseignant, ni de la progressivité et de la redondance 
souvent nécessaire dans l'acquisition, ni des démarches pédagogiques mises en 
œuvre pour les atteindre. 
 
1 - Analyse fonctionnelle des produits
 
Données initiales 
 
- le produit réel en état de fonctionnement ;
 
 
- une notice technico-commerciale décrivant ses caractéristiques principales, ses 
conditions et son mode d'utilisation ;
 
 
- son cahier des charges fonctionnel ;
 
 
- éventuellement sa représentation et une simulation de son fonctionnement ;
 
 
- éventuellement tout ou partie de son architecture sous forme de schéma-bloc.
  
NIVEAU
 
 
D'ACQUISITION
COMPÉTENCES ATTENDUES
 
SAVOIRS ET SAVOIR-
FAIRE ASSOCIÉS
 
1 2 3 4 
 
1.1 Expression du besoin
         
pg_0004
- Marché, client, 
concurrence.
 
x       
- Coûts, rapport qualité-prix.
 
x       
- Satisfaction du besoin, 
notion de valeur d'usage.
  x       
  
        
1.2 Produit et valeur 
ajoutée 
 
        
- Frontière d'un produit 
technique.
 
  x     
- Interacteurs. 
 
  x     
- Fonctions de service et 
fonction de base d'un 
produit
 
  x     
- Nature des éléments 
transformés par le produit : 
matières, énergies, 
informations. 
 
  x     
- Caractéristiques d'entrée 
et de sortie des éléments 
transformés
 
  x     
  
        
1.3 Organisation 
fonctionnelle des produits
        
- Fonctions d'usage.
 
  x     
- Contraintes.
 
  x     
- Fonctions techniques 
associées
 
  x     
- Chaîne de fonctions : 
. chaîne d'énergie
 
. chaîne d'information. 
 
  x     
  
        
1.4 Outils d'expression de 
l'analyse fonctionnelle
 
        
- Diagramme de 
décomposition fonctionnelle 
de type "pourquoi ? 
comment ?" (FAST).
  
  x     
 
- Identifier les éléments transformés 
par le produit. 
 
- Décrire la valeur ajoutée apportée 
par le produit et énoncer sa fonction 
de base. 
 
 
- Configurer, régler le produit dans des 
cas simples et le faire fonctionner 
dans un mode de fonctionnement 
normal.  
 
 
 
 
 
- Distinguer la fonction de base parmi 
les fonctions de service ; une fonction 
d'usage d'une fonction d'estime ; une 
fonction de service d'une fonction 
technique.  
 
 
 
 
- Repérer les solutions constructives 
associées aux fonctions techniques 
qui contribuent
 
à la réalisation des 
fonctions d'usage. 
 
- Autres représentations 
graphiques des systèmes 
(diagramme d'activité, 
synoptique, schéma-bloc).
  
x       
 
2 - Les solutions technologiques associées aux fonctions
 
2.1 Animer un mécanisme
 
 
Données initiales 
 
pg_0005
- tout ou partie du système à étudier, éventuellement démontable et /ou instrumenté ;
 
 
- un poste informatique et la représentation virtuelle de l'ensemble, du sous-ensemble, 
du composant étudié ;
 
 
- le diagramme FAST de la partie étudiée ;
 
 
- éventuellement d'autres représentations graphiques ;
 
 
- une bibliothèque informatisée d'éléments standards.
 
NIVEAU
 
 
D'ACQUISITION
COMPÉTENCES ATTENDUES
 
SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE 
ASSOCIÉS
 
1 2 3 4 
2.1.1 Alimenter en énergie
         
- Alimentations locales : 
électricité, air.
 
x       
- Alimentations autonomes : 
piles, accumulateurs,
 
cellules 
photovoltaïques.
  
x       
  
        
2.1.2 Distribuer l'énergie
 
        
- Distributeur, contacteur. 
 
  x     
- Interface de puissance 
électronique.
 
x       
 
 
        
2.1.3 Convertir l'énergie et 
entraîner
 
        
- Exemples de vérins 
pneumatiques et moteurs 
électriques ; micro-
motorisations.
 
  x     
- Énergies transformées.
 
  x     
- Caractéristiques d'entrée et 
de sortie.
 
  x     
- Principe de fonctionnement.
 x       
 
 
        
2.1.4 Transmettre et/ou 
transformer l'énergie 
mécanique
 
        
- Assemblage et guidage entre 
pièces : 
. degrés de liberté d'une liaison 
entre pièces 
. exemples de solutions 
constructives (assemblages 
permanents, guidages en 
rotation et en translation).
 
  x     
 
- Identifier les grandeurs entrées et 
sorties d'un préactionneur. 
 
 
- Décrire les grandeurs physiques 
d'entrée et de sortie d'un actionneur 
et le principe
 
de la conversion de 
l'énergie.
 
 
 
 
- 
Identifier sur un matériel réel ou 
sur sa représentation virtuelle, la 
liaison réalisée
 
par un assemblage 
ou un guidage.
 
 
 
 
- 
Effectuer le démontage et le 
remontage d'un ensemble de 
pièces réalisant un assemblage
 
ou 
un guidage
 
 
 
 
- 
Pour un assemblage ou un 
guidage,
 
identifier et décrire les 
surfaces contribuant
 
à sa 
réalisation.
 
 
 
 
- 
Identifier les risques pour les 
personnes
 
ou les biens.
 
 
 
 
- 
Associer un composant à sa 
représentation
 
schématique à l'aide 
d'une documentation. 
 
- Solutions simples de 
transmission et de 
transformation des 
mouvements.
 
  x     
pg_0006
- Support de mécanisme ou de 
structure et adaptation à 
l'environnement.
 
  x     
  
        
2.1.5 Protéger et sécuriser
         
- Notion de protection : carters, 
boîtiers. enveloppes
 
  x     
- Isolations électrique, 
thermique, acoustique, 
matériaux associés.
 
  x     
  
        
2.1.6 La représentation du 
réel
  
        
- Schémas associés aux divers 
composants d'alimentation, de 
distribution et de conversion 
d'énergie.
 
  x     
- Utiliser un modeleur 3D pour : 
. représenter une pièce simple ; 
.éditer une mise en plan de pièce
 
ou de sous-ensemble limité ;
 
. produire une image selon un point 
de vue
 
imposé ou choisi ;
 
. modifier les caractéristiques 
dimensionnelles
 
d'un assemblage 
et décrire les incidences
 
sur 
chacune des pièces concernées.
 
 
 
 
 
- 
Dessiner à main levée la 
perspective
 
d'une pièce simple.
 
 
 
- 
Décrire la morphologie d'une 
pièce simple à partir de ses 
représentations 2D et 3D.
 
 
- 
Rechercher dans une bibliothèque
 
de constituants, des 
caractéristiques d'un élément
 
à 
intégrer dans une maquette 
numérique. 
 
- Représentation d'une pièce à 
l'aide d'un modeleur 3D : 
 
. relation 3D- 2D 
. règles élémentaires de 
lecture du 2D, formes cachées, 
coupes, sections, filetages.
 
  x     
 
2 - Les solutions technologiques associées aux fonctions (suite)
  
2.2 Commander et contrôler un système 
 
Données initiales 
 
- le système étudié, éventuellement instrumenté ;
 
 
- le constituant concerné ;
 
 
- une notice du constructeur ou l'accès à une documentation technique décrivant ses 
caractéristiques ;
 
 
- le diagramme FAST de la partie étudiée.
  
NIVEAU
 
 
D'ACQUISITION
COMPÉTENCES ATTENDUES
 
SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE 
ASSOCIÉS
 
1 2 3 4 
2.2.1 Acquérir les 
informations 
 
        
- Exemples de grandeurs à 
acquérir : position, vitesse, 
effort, température...
 
x       
- Nature de l'information délivrée 
: logique, analogique, 
numérique.
 
  x     
- Exemples de solutions : 
mécanique, magnétique, 
optique.
  
x       
 
- Identifier la grandeur physique 
saisie par un capteur et la nature 
(logique, numérique, analogique) 
de l'information de sortie. 
 
- Localiser sur le système réel un 
élément donné de la chaîne 
d'information. 
 
 
 
- Identifier la nature, la source et 
  
        
pg_0007
2.2.2 Communiquer les 
informations 
 
        
- Périphériques :  
. saisie des consignes (pupitre, 
clavier, souris) 
. émission des comptes rendus 
(écran, imprimante, traceur, 
afficheur, voyant, signal sonore)
 
  x     
- Communication avec d'autres 
équipements :  
liaisons série et parallèle.
  
x       
- Exemples de réseaux locaux et 
étendus : architecture des 
réseaux (communication entre 
ordinateurs, connexion à 
Internet).
 
x       
  
        
2.2.3 Traiter les informations
         
- Exemples de solutions câblées 
: cartes électroniques.
 
x       
la destination d'une information 
reçue ou émise par un élément 
donné de la chaîne d'information. 
- Exemples de solutions 
programmées : API, modules 
logiques programmables, cartes 
à microcontrôleur.
 
x       
 
3 - Introduction aux états et au comportement des systèmes 
 
Données initiales 
 
- tout ou partie du système réel sécurisé ;
 
 
- moyens de mesure éventuels ;
 
 
- moyens matériels et logiciels nécessaires à la mise en œuvre des simulations 
envisagées ;
 
 
- le diagramme FAST de la partie étudiée ;
 
 
- éventuellement les schémas de puissance et/ou de commande de la partie étudiée ;
 
 
- les consignes et procédures nécessaires à la manipulation en toute sécurité.
  
NIVEAU
 
 
D'ACQUISITION
COMPÉTENCES ATTENDUES
 
SAVOIRS ET SAVOIR-
FAIRE ASSOCIÉS
 
1 2 3 4 
3.1 Les circuits de 
puissance
 
        
- La chaîne d'alimentation, 
de distribution et de 
conversion de l'énergie.
 
  x     
- Les règles de sécurité 
correspondantes.
 
  x     
- Les schémas de 
puissance électrique et 
pneumatique.
 
  x     
 
- Sur le système réel ou sur simulateur, 
effectuer le câblage hors énergie et 
vérifier le fonctionnement de tout ou 
partie d'un circuit de puissance et/ou de 
commande pneumatique ou électrique 
basse tension 
 
 
 
 
- Identifier par l'observation et/ou la 
mesure les paramètres d'entrée et de Grandeurs physiques 
associées
  
        
pg_0008
- Tension, intensité, 
pression, débit, puissance.
   x     
- Unités et mesures 
correspondantes.
 
  x     
  
        
3.2 Les mécanismes de 
transformation du 
mouvement
 
        
- Modélisation des 
assemblages et des 
guidages : 
 
notion de liaison.
 
  x     
- Mécanismes à un 
paramètre d'entrée et un 
paramètre de sortie, chaîne 
cinématique 
correspondante.
 
 
  x     
- Schémas de principe.
 
  x     
Grandeurs physiques 
associées
  
        
Position, vitesse, force, 
couple, puissance.
 
  x     
- Unités et mesures 
correspondantes.
 
  x     
  
        
3.3 La chaîne 
d'information
 
        
- Structure de la chaîne 
d'information
 
  x     
- Les schémas de 
commande
 
  x     
- Description des systèmes 
logiques : 
 
. les propositions logiques 
(Si... Alors... Sinon..., Tant 
que... Faire...),
 
 
. les opérations logiques 
(ET, OUI, OU, NON). 
 
  x     
- Description temporelle 
(durée, séquence) :  
chronogramme.
  
  x     
- Description des systèmes 
séquentiels : Grafcet **, 
description de type 
algorithmique. 
 
  x     
sortie et décrire dans les cas simples le 
principe physique impliqué dans le 
comportement du mécanisme. 
 
 
 
 
 
- Vérifier la conformité du 
fonctionnement d'un système réel au 
regard d'une description temporelle 
(Grafcet ou autre). 
 
 
 
 
 
 
 
- Implanter ou modifier un programme 
dans le constituant programmable et 
vérifier le fonctionnement du système. 
 
- Utilisation de progiciels 
d'assistance à la 
programmation.
  
  x     
** l'apprentissage des règles d'évolution du Grafcet n'est pas au programme.
  
pg_0009
4 - Mise en œuvre d'un mini-projet
 
 
Données initiales 
 
- les moyens matériels et logiciels nécessaires ;
 
 
- une documentation adaptée ou l'accès à celle-ci par cédérom, site Internet, visite 
d'entreprise... ;
 
 
- les moyens de communication nécessaires au compte rendu du travail ;
 
 
- le travail attendu et le cahier des charges définissant la problématique.
  
NIVEAU
 
 
D'ACQUISITION
COMPÉTENCES 
ATTENDUES
 
SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE 
ASSOCIÉS
 
1 2 3 4 
Trame d'une "démarche de 
projet"
 
        
  
        
Expression du besoin 
- Objectifs (quantitatifs, qualitatifs). 
- Contraintes.
 
  
  
  
x 
  
  
  
  
  
  
  
  
 
 
        
Plan d'action, organisation, 
moyens- Calendrier.
 
 
- Répartition des rôles et des tâches.
 
- Revues de projet, communication.
 
- Recherche individuelle et groupée.
 
- Moyens de communication et 
d'information
 
(réseaux locaux et 
étendus).
 
  
  
x 
  
  
  
  
  
  
        
 
- Communiquer au sein d'un 
groupe de travail.
  
 
- Organiser son travail, en 
groupe
 
et individuellement.
  
 
- 
Rendre compte de son 
travail par écrit
 
et oralement.
  
 
 
- Répondre à une 
problématique.
  
 
- Valider une réalisation 
simple. 
 
-Rechercher et partager des 
données informatiques. 
 
Bilan 
 
- Rapport, démonstration. 
 
- Synthèse, écarts par rapport à 
l'objectif.
 
  x