PROJET DE CONSTRUCTION MÉCANIQUE, 4 ÈME ANNEE, OPTION MECANIQUE GENERALE
Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC.
Préliminaires
Objectifs Pédagogiques du Cours 🎯
Ce cours représente l’aboutissement du cycle de formation en dessin industriel. Son objectif est de synthétiser l’ensemble des connaissances et des compétences acquises (mécanismes, résistance des matériaux, technologie de fabrication) pour les appliquer à la résolution d’un problème de conception concret. Au terme de cette année, l’élève doit être capable de mener de manière autonome un projet de conception, de modification ou d’amélioration d’un système mécanique, depuis l’analyse du besoin jusqu’à la production d’un dossier technique complet et défendable devant un jury.
Approche Didactique et Méthodologique 🚀
L’enseignement est entièrement centré sur la pédagogie de projet. Le cours s’articule autour d’une démarche de bureau d’études, où les élèves, individuellement ou en petits groupes, sont mis en situation de techniciens concepteurs. La première partie de l’année est consacrée à l’acquisition d’une méthodologie de projet rigoureuse, tandis que la seconde partie est dédiée à la réalisation du projet de fin d’études. L’enseignant agit comme un chef de projet, guidant, conseillant et validant les étapes successives du travail des élèves.
Contexte Industriel et Évaluation 🏆
Les projets proposés sont ancrés dans les réalités et les besoins du contexte industriel congolais, visant à apporter des solutions à des problématiques locales : conception d’un petit outillage pour un atelier artisanal, amélioration d’un équipement agricole pour une coopérative du Kongo Central, ou modification d’une pièce de machine pour faciliter la maintenance dans une usine de transformation à Lubumbashi. L’évaluation finale se fait par la soutenance du projet devant un jury, où l’élève doit non seulement présenter ses plans, mais aussi justifier ses choix technologiques, ses calculs de dimensionnement et ses considérations de fabricabilité.
Partie I : Méthodologie du Projet en Construction Mécanique
Cette première partie a pour but de structurer la pensée de l’élève et de lui fournir une méthode de travail rigoureuse pour aborder tout problème de conception. Elle décompose le processus de création en étapes logiques, de la définition du besoin à la sélection d’une solution de principe.
Chapitre 1 : Introduction au Bureau d’Études : De l’Idée au Plan
Ce chapitre positionne l’activité de conception dans un contexte professionnel et en définit les grandes phases.
1.1. Le Rôle du Technicien Concepteur
Le rôle du technicien de bureau d’études est défini : il est celui qui traduit un besoin fonctionnel en solutions techniques concrètes, réalisables et économiques, en servant de pont entre l’ingénieur et l’atelier de fabrication.
1.2. Les Différentes Phases d’un Projet de Conception
Le cycle de vie d’un projet est décomposé en phases séquentielles : analyse du besoin, recherche de concepts, avant-projet, conception détaillée, réalisation du dossier de plans et prototypage.
1.3. Les Outils du Concepteur : Normes, Catalogues et Logiciels
Les ressources documentaires indispensables au concepteur sont présentées : les recueils de normes pour la standardisation, les catalogues de fournisseurs pour le choix des composants, et une introduction aux possibilités offertes par les logiciels de Conception Assistée par Ordinateur (CAO).
1.4. L’Importance de la Veille Technologique
La nécessité pour un technicien de se tenir informé des évolutions technologiques (nouveaux matériaux, nouveaux composants, nouveaux procédés) est soulignée comme un facteur clé de l’innovation et de la compétitivité.
Chapitre 2 : Le Cahier des Charges Fonctionnel (CDCF)
Ce chapitre est consacré à la première étape cruciale de tout projet : la formulation claire et précise du besoin à satisfaire, formalisée dans le cahier des charges.
2.1. Objectif du Cahier des Charges
Le CDCF est présenté comme le document contractuel qui lie le demandeur au concepteur. Son objectif est de définir le besoin en termes de fonctions à assurer et de contraintes à respecter, sans imposer de solution technique.
2.2. Analyse du Besoin et Identification des Fonctions de Service
La méthode d’analyse fonctionnelle est introduite. Les élèves apprennent à identifier les fonctions principales (la raison d’être du produit) et les fonctions contraintes (les adaptations au milieu environnant).
2.3. Caractérisation des Fonctions et Niveaux de Performance
Chaque fonction de service identifiée doit être caractérisée par des critères d’appréciation et des niveaux de performance chiffrés. Cette étape permet de rendre le besoin mesurable et donc de valider objectivement la solution finale.
2.4. Hiérarchisation des Contraintes (techniques, économiques, sécuritaires)
Les différentes contraintes qui limitent la liberté du concepteur (budget, normes de sécurité, délais, technologies disponibles) sont listées et hiérarchisées, définissant ainsi l’espace de recherche des solutions possibles.
Chapitre 3 : Recherche et Analyse de Solutions Constructives
Une fois le besoin clairement défini, ce chapitre aborde la phase créative du projet, où différentes solutions techniques sont imaginées puis évaluées pour ne retenir que la plus pertinente.
3.1. Méthodes de Créativité et de Recherche de Solutions
Des techniques pour stimuler la recherche d’idées (remue-méninges, analyse de brevets, analogie) sont présentées. L’objectif est d’explorer un large éventail de possibilités avant de converger vers une solution.
3.2. Analyse de l’Existant : Étude de Mécanismes Similaires
L’analyse de produits concurrents ou de systèmes existants qui remplissent une fonction similaire est montrée comme une source d’inspiration et un moyen d’éviter de « réinventer la roue ».
3.3. Évaluation et Comparaison des Solutions de Principe
Des critères de comparaison, issus du cahier des charges, sont utilisés pour évaluer objectivement les différentes solutions esquissées. Des outils comme les tableaux de décision multicritères sont introduits.
3.4. Choix de la Solution Optimale et Justification
La démarche aboutit au choix de la solution de principe qui présente le meilleur compromis. Ce choix doit être argumenté et justifié par rapport aux exigences du cahier des charges.
Partie II : Outils d’Analyse et de Calcul pour le Concepteur
Cette partie outille l’élève pour la phase d’avant-projet, où la solution de principe choisie est validée par des calculs de prédimensionnement et des choix technologiques fondamentaux.
Chapitre 4 : Application de la RDM au Prédimensionnement
Ce chapitre fait le lien direct avec le cours de Résistance des Matériaux, en l’appliquant à la première ébauche d’une conception.
4.1. Modélisation Statique du Mécanisme
La première étape consiste à créer un schéma mécanique de la solution choisie et à y appliquer les efforts extérieurs et les efforts de fonctionnement pour déterminer les sollicitations dans chaque pièce.
4.2. Identification des Pièces les Plus Sollicitées
Une analyse critique du mécanisme permet d’identifier les composants critiques dont la défaillance entraînerait la ruine du système. C’est sur ces pièces que les premiers calculs de vérification doivent porter.
4.3. Calculs Simplifiés de Prédimensionnement (Traction, Flexion, Torsion)
Des formules simplifiées de RDM sont appliquées pour obtenir un premier ordre de grandeur des dimensions des sections résistantes des pièces critiques, en s’assurant que les contraintes restent dans un domaine admissible.
4.4. Validation des Sections et des Formes Initiales
Les résultats de ces calculs permettent de valider ou de corriger les formes et les dimensions initialement esquissées, assurant que la conception est mécaniquement viable avant de la détailler.
Chapitre 5 : Choix des Matériaux et des Traitements Thermiques
Ce chapitre guide l’élève dans la sélection des matériaux, une décision fondamentale qui impacte la résistance, le poids, le coût et la fabricabilité de chaque pièce.
5.1. Relation Matériau-Procédé-Propriété
Le triangle fondamental de la science des matériaux est rappelé : les propriétés d’une pièce dépendent intrinsèquement du matériau choisi et du procédé de mise en forme utilisé.
5.2. Critères de Sélection des Matériaux
Une méthodologie de choix est présentée, basée sur la comparaison des exigences fonctionnelles (résistance mécanique, rigidité, résistance à l’usure ou à la corrosion) avec les propriétés des différentes familles de matériaux.
5.3. Spécification des Traitements Thermiques sur le Dessin
Une fois un matériau choisi (par exemple un acier allié), l’élève apprend à spécifier sur le dessin les traitements thermiques nécessaires (trempe, revenu) pour lui conférer les propriétés mécaniques finales requises.
5.4. Application : Justification des Choix pour un Arbre de Transmission
L’étude de cas d’un arbre de transmission permet de synthétiser la démarche : choix d’un acier allié pour sa résistance à la fatigue et sa trempabilité, et spécification d’un traitement de trempe et revenu pour obtenir le meilleur compromis résistance/ténacité.
Chapitre 6 : Intégration des Actionneurs et de la Commande
Ce chapitre traite de l’intégration des composants qui fournissent l’énergie et la commande au mécanisme, une étape clé dans la conception des systèmes mécatroniques.
6.1. Choix d’un Actionneur : Moteur, Vérin
En fonction des exigences de couple, de vitesse ou d’effort du cahier des charges, l’élève apprend à sélectionner un actionneur approprié (moteur électrique, vérin pneumatique ou hydraulique) dans les catalogues de fournisseurs.
6.2. Intégration Dimensionnelle et Fixation des Actionneurs
Une fois l’actionneur choisi, il doit être intégré dans la conception. Cela implique de dessiner son interface mécanique, de prévoir son encombrement et de concevoir son système de fixation sur le bâti de la machine.
6.3. Conception des Organes de Transmission de Puissance
Les éléments qui relient l’actionneur au reste du mécanisme (accouplements, réducteurs, transmissions par courroie ou chaîne) sont choisis et dimensionnés pour transmettre la puissance de manière fiable.
6.4. Schématisation du Circuit de Commande
Un schéma de principe du circuit de commande de l’actionneur est élaboré, qu’il soit électrique (pour un moteur) ou pneumatique/hydraulique (pour un vérin), en utilisant les symboles normalisés.
Partie III : Conception Détaillée et Dossier Technique
Cette partie est consacrée à la phase finale de la conception, où chaque pièce est définie dans les moindres détails en vue de sa fabrication et de son assemblage, et où le dossier de plans est constitué.
Chapitre 7 : Conception pour la Fabrication (Design for Manufacturing)
Ce chapitre a pour objectif d’inculquer à l’élève des réflexes de conception qui visent à rendre les pièces spécifiques plus simples, plus rapides et moins coûteuses à fabriquer.
7.1. Influence du Procédé d’Obtention sur la Forme de la Pièce
Il est montré comment le choix du procédé de fabrication (moulage, usinage, tôlerie) doit influencer la conception des formes de la pièce brute pour optimiser la matière et les opérations ultérieures.
7.2. Simplification des Formes pour Faciliter l’Usinage
Des règles de conception sont énoncées pour faciliter l’usinage : privilégier les surfaces planes et cylindriques, prévoir des dégagements pour les outils, éviter les rayons de raccordement trop faibles.
7.3. Conception en tenant compte des Outils et des Machines Disponibles
Le bon concepteur doit connaître les capacités de l’atelier de production. Il s’agit de concevoir des pièces dont les dimensions et les formes sont compatibles avec les machines-outils et les outils standards disponibles localement.
7.4. Optimisation de l’Utilisation de la Matière
Des stratégies sont présentées pour minimiser la quantité de matière première nécessaire et le volume de copeaux produit, un enjeu à la fois économique et écologique.
Chapitre 8 : Conception pour l’Assemblage (Design for Assembly)
Ce chapitre se concentre sur la conception du produit dans sa globalité, en cherchant à simplifier et à fiabiliser son processus de montage.
8.1. Réduction du Nombre de Pièces
Le principe fondamental est énoncé : la pièce la plus facile à assembler est celle qui n’existe pas. L’élève est encouragé à chercher des solutions de conception qui intègrent plusieurs fonctions dans une seule pièce.
8.2. Conception pour Faciliter la Manipulation et l’Insertion
Des règles sont données pour concevoir des pièces symétriques, dotées de chanfreins d’entrée et faciles à saisir, afin de réduire les temps de montage et les risques d’erreur.
8.3. Prévision des Accessibilités pour le Montage et le Démontage
La conception doit anticiper les gestes de l’opérateur de montage et de maintenance, en s’assurant que les vis sont accessibles et que les pièces peuvent être démontées sans avoir à démonter tout le mécanisme.
8.4. Standardisation des Composants
L’importance de minimiser la diversité des composants standards (par exemple, utiliser un seul type et une seule taille de vis dans tout l’assemblage) est soulignée pour simplifier la logistique, le montage et la maintenance.
Chapitre 9 : Le Dessin de Définition Final et ses Spécifications
Ce chapitre est un récapitulatif des exigences d’un plan de fabrication complet, qui est le document final produit par le bureau d’études.
9.1. Finalisation de la Cotation Fonctionnelle
Toutes les cotes nécessaires à la fabrication et au contrôle de la pièce sont mises en place, en s’assurant qu’il n’y a ni manque ni surabondance d’information. La cotation fonctionnelle est vérifiée.
9.2. Ajout des Tolérances Géométriques Critiques
Les tolérances géométriques (planéité, parallélisme, coaxialité, etc.) qui sont critiques pour le bon fonctionnement de la pièce sont identifiées et spécifiées sur le dessin.
9.3. Spécification Complète des États de Surface
Les exigences de rugosité sont spécifiées sur toutes les surfaces fonctionnelles (portées de roulement, surfaces de glissement, plans de joint), en lien avec le procédé de finition retenu.
9.4. Finalisation des Indications de Matériaux et Traitements
Le cartouche et les notes sur le dessin sont complétés pour indiquer de manière univoque la nuance de matériau à utiliser, les traitements thermiques ou de surface à appliquer, et toute autre spécification pertinente.
Chapitre 10 : Constitution du Dossier de Plans et de la Nomenclature
Ce chapitre formalise la structure du livrable final d’un projet de conception.
10.1. Le Plan d’Ensemble Final : Vues, Coupes et Repérage
Le dessin d’ensemble est finalisé, en s’assurant de sa clarté et de la bonne correspondance entre les repères sur le dessin et la nomenclature. Des cotes d’encombrement et de positionnement sont ajoutées.
10.2. La Nomenclature Détaillée
La nomenclature (ou liste de pièces) est établie. Elle doit lister exhaustivement tous les composants du mécanisme, en indiquant pour chacun son repère, sa quantité, sa désignation, le matériau et d’éventuelles observations.
10.3. Les Dessins de Définition de Chaque Pièce Spécifique
Le dossier doit contenir le dessin de définition complet et prêt pour la fabrication de chaque pièce non standard conçue spécifiquement pour le projet.
10.4. Organisation et Gestion des Indices de Plans
Les bonnes pratiques de gestion documentaire sont introduites, notamment l’utilisation d’indices de révision pour tracer les modifications apportées aux plans au cours du développement du projet.
Partie IV : Mise en Œuvre du Projet de Fin d’Études
Cette dernière partie est entièrement consacrée au travail personnel de l’élève sur son projet de fin d’études. Elle est structurée pour le guider dans les différentes phases de ce travail de synthèse qui sera présenté au jury final.
Chapitre 11 : Le Projet de Modification ou d’Amélioration
Cette option de projet part d’un mécanisme existant pour y apporter une amélioration ciblée, une tâche très courante pour un technicien en milieu industriel.
11.1. Phase d’Analyse Critique de l’Existant
La première étape consiste à analyser en détail le mécanisme de départ, à en comprendre le fonctionnement, et à identifier ses performances, ses limites ou ses points faibles à travers l’observation et la mesure.
11.2. Identification des Points Faibles et des Axes d’Amélioration
À partir de l’analyse critique, un diagnostic est posé et un objectif d’amélioration est clairement formulé (par exemple : augmenter la fiabilité, simplifier la maintenance, réduire le coût).
11.3. Conception et Dessin de la Solution Modifiée
La ou les pièces modifiées sont conçues et dessinées. Un nouveau plan d’ensemble montrant l’intégration de la modification est également produit.
11.4. Rédaction d’une Note Justificative des Modifications
L’élève doit rédiger un rapport qui argumente et justifie les choix de conception effectués, en démontrant en quoi la nouvelle solution est supérieure à l’ancienne.
Chapitre 12 : Le Projet de Conception Complète
Cette option, plus ambitieuse, consiste à créer un mécanisme entièrement nouveau en réponse à un cahier des charges.
12.1. Phase d’Interprétation du Cahier des Charges
L’élève doit démontrer sa capacité à analyser un cahier des charges, à en extraire les fonctions et contraintes clés, et à le reformuler avec ses propres mots pour s’assurer de sa parfaite compréhension.
12.2. Phase de Recherche de Concepts et de Choix de la Solution
Cette phase créative doit être documentée, montrant les différentes pistes explorées et les critères qui ont conduit au choix de la solution finale retenue pour la conception détaillée.
12.3. Phase de Conception Détaillée et de Calculs Justificatifs
C’est le cœur du projet, où l’ensemble du mécanisme est conçu en détail. L’élève doit produire les notes de calcul de prédimensionnement pour les pièces les plus critiques afin de justifier leur géométrie.
12.4. Réalisation du Dossier Technique Complet
Le livrable final est le dossier de plans complet (ensemble et définition), accompagné de sa nomenclature et des notes de calcul, prêt à être transmis à un service de fabrication.
Chapitre 13 : Préparation de la Soutenance du Projet
Ce dernier chapitre est consacré au développement des compétences de communication orale nécessaires pour présenter et défendre le projet.
13.1. Structuration de la Présentation Orale
L’élève apprend à structurer son exposé de manière logique et concise (introduction, présentation du besoin, description de la solution, conclusion) pour respecter le temps imparti.
13.2. Préparation des Supports Visuels (plans, schémas)
La sélection et la préparation des plans et schémas les plus pertinents à présenter au jury sont travaillées, en veillant à leur lisibilité et à leur clarté.
13.3. Anticipation des Questions du Jury Technique
L’élève est entraîné à anticiper les questions que le jury pourrait poser sur les aspects techniques de son projet (justification d’un choix de matériau, d’une tolérance, d’une solution constructive) et à préparer des réponses argumentées.
13.4. Techniques de Communication et de Justification des Choix
Des techniques de communication orale sont enseignées pour permettre à l’élève de présenter son travail avec assurance, de répondre clairement aux questions et de démontrer sa maîtrise du projet et des compétences techniques sous-jacentes.
Annexes
Les annexes sont des outils méthodologiques et des aide-mémoires conçus pour accompagner l’élève tout au long de son projet de fin d’études.
Canevas de Cahier des Charges Fonctionnel 📋
Un modèle type de cahier des charges est fourni, avec la structure et les rubriques à compléter, pour guider l’élève dans la phase d’analyse du besoin de son projet.
Guide de Rédaction du Rapport de Projet 📝
Ce guide propose un plan type et des conseils de rédaction pour le rapport écrit qui accompagne le projet, en insistant sur la nécessité de justifier chaque choix de conception.
Check-list de Vérification des Plans ✅
Une liste de points de contrôle est fournie pour permettre à l’élève de vérifier méthodiquement ses propres dessins avant de les finaliser (complétude de la cotation, respect des normes, cohérence entre les vues, etc.).