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Technologie · 4e

Prototype : exercices corrigés de technologie en 4e

Publié le 12 novembre 2026 · Mis à jour le 12 novembre 2026 · Signaler une erreur

L'essentiel

  • Un prototype matérialise une solution pour la tester avant d'aller plus loin ; une maquette ou un prototype traduit l'idée en objet réel.4
  • Le prototype vient après une phase d'étude (concept, plans, modèle 3D) et sert à faire des essais.5
  • On fabrique une pièce en ajoutant de la matière (impression 3D) ou en en enlevant (découpe laser, fraiseuse).2
  • Un simulateur permet de tester un programme sans fabriquer l'objet.2
  • Les essais se comparent toujours au cahier des charges pour valider ou rejeter la solution.4

Comment utiliser ces exercices

Ces exercices te font manipuler la notion de prototype telle qu'on la rencontre en technologie, en 4e. Ils vont du plus simple (reconnaître une phase, un procédé) jusqu'aux petits calculs liés à la fabrication et aux essais. Cherche d'abord seul·e, avec une feuille et une calculatrice. Ouvre les indices seulement si tu bloques, puis compare ta démarche à la correction, étape par étape.

Les exercices

Exercice 1 Additif ou soustractif ?

★☆☆Environ 5 min

Un atelier de fabrication dispose de trois machines : une imprimante 3D, une découpeuse laser et une fraiseuse à commande numérique.

Pour chacune, indique si elle fabrique les pièces en ajoutant de la matière ou en enlevant de la matière.

Indice 1

Pense au mot « additive » : on ajoute. Et à « soustractive » : on retire.

Voir la correction pas à pas

  1. Imprimante 3D : elle construit la pièce en déposant de la matière, c'est de la fabrication additive.

  2. Découpeuse laser : elle découpe dans une plaque, donc elle enlève de la matière : fabrication soustractive.

  3. Fraiseuse à commande numérique : l'outil creuse et retire de la matière à partir d'un bloc : fabrication soustractive.

Une imprimante 3D relève de l'ajout de matière, la découpe laser et la fraiseuse de l'enlèvement de matière.2

Exercice 2 Remettre les phases dans l'ordre

★☆☆Environ 6 min

Voici quatre actions d'un projet, données dans le désordre :

  • A : réaliser des essais sur le prototype ;
  • B : dessiner le concept sur des plans ou en modèle 3D ;
  • C : valider la solution par rapport au cahier des charges ;
  • D : fabriquer le prototype.

Réécris-les dans l'ordre logique du projet.

Indice 1

Le prototype ne peut pas être fabriqué avant d'avoir été imaginé et dessiné.

Indice 2

La validation se fait en dernier, une fois les résultats des essais connus.

Voir la correction pas à pas

  1. On commence par l'étude : B, le concept dessiné en plans ou en modèle 3D.5

  2. On passe ensuite à la réalisation matérielle : D, la fabrication du prototype.4

  3. On teste : A, les essais sur le prototype par rapport aux contraintes.4

  4. On termine par C : la validation face au cahier des charges.4

L'ordre est B, D, A, C : concept, fabrication, essais, validation.

Exercice 3 Compter les couches d'une impression 3D

★★☆Environ 8 min

Un élève imprime en 3D le support d'un capteur. La pièce mesure 24 mm de hauteur. L'imprimante dépose des couches de 0,2 mm d'épaisseur.

Combien de couches l'imprimante doit-elle superposer pour construire la pièce ?

Indice 1

Chaque couche ajoute 0,2 mm à la hauteur.

Indice 2

Divise la hauteur totale par l'épaisseur d'une couche.

Voir la correction pas à pas

  1. Les données : hauteur totale 24 mm, épaisseur d'une couche 0,2 mm.

  2. Le nombre de couches est le quotient de la hauteur par l'épaisseur : 24÷0,224 \div 0{,}2.

  3. On calcule : 24÷0,2=12024 \div 0{,}2 = 120.

  4. On vérifie : 120×0,2=24120 \times 0{,}2 = 24 mm, ce qui est bien la hauteur voulue.

L'imprimante superpose 120 couches. C'est cohérent avec le principe de l'ajout de matière, qui construit la pièce couche après couche.2

Exercice 4 Le coût de matière de trois prototypes

★★☆Environ 10 min

Pour tester une pièce, le groupe décide d'en fabriquer 3 exemplaires identiques. Chaque exemplaire utilise 45 g de filament plastique. Le filament coûte 25 euros le kilogramme.

Quel est le coût total de la matière, en euros ?

Indice 1

Commence par la masse totale de filament, en grammes, puis convertis en kilogrammes.

Indice 2

1 kg = 1 000 g.

Voir la correction pas à pas

  1. Masse totale : 3×45=1353 \times 45 = 135 g.

  2. Conversion : 135 g=0,135135 \text{ g} = 0{,}135 kg.

  3. Coût : 0,135×25=3,3750{,}135 \times 25 = 3{,}375 euros.

  4. Arrondi au centime, cela fait environ 3,38 euros.

Les trois exemplaires coûtent 3,375 euros de matière. Fabriquer plusieurs exemplaires est possible quand on veut multiplier les tests.5

Exercice 5 Une maquette à l'échelle

★★☆Environ 8 min

Pour présenter son projet, une équipe réalise une maquette à l'échelle 1/5 d'un abri de jardin qui mesure 30 dm de hauteur.

Exprime d'abord la hauteur réelle en centimètres, puis donne la hauteur de la maquette en centimètres.

Indice 1

1 dm = 10 cm.

Indice 2

Échelle 1/5 : toutes les longueurs sont divisées par 5.

Voir la correction pas à pas

  1. Hauteur réelle : 30 dm=30030 \text{ dm} = 300 cm.

  2. Échelle 1/5 : on divise par 5.

  3. Hauteur de la maquette : 300÷5=60300 \div 5 = 60 cm.

  4. On vérifie : 60×5=30060 \times 5 = 300 cm, la hauteur réelle.

La maquette mesure 60 cm de hauteur. Maquette et prototype sont deux façons de traduire une solution en réalisation matérielle.4

Exercice 6 Virtuel ou physique ?

★★☆Environ 10 min

Une équipe programme une carte qui mesure la température d'une serre. Elle veut savoir comment son programme réagit quand la température passe de très basse à très haute, mais la serre n'existe pas encore et on ne peut pas chauffer l'air à volonté.

  1. Quel outil peut-elle utiliser pour tester son programme sans fabriquer l'objet ?
  2. Cite deux avantages de cet outil.
  3. Pourquoi faudra-t-il quand même un prototype physique ensuite ?
Indice 1

Pense aux environnements de programmation qui intègrent un simulateur.

Indice 2

Un simulateur ne remplace pas la confrontation avec la réalité.

Voir la correction pas à pas

  1. Outil : un simulateur intégré à un environnement de programmation associé à une carte programmable.2

  2. Avantage 1 : on découvre les plages de valeurs possibles d'un descripteur comme la température.2

  3. Avantage 2 : on voit tout de suite l'effet d'une modification du programme, et on teste des situations difficiles à organiser en vrai.2

  4. Le prototype physique reste utile : le prototypage permet de confronter la conception à la réalité.2

Le simulateur permet de tester vite et sans risque ; le prototype physique vérifie ensuite que la solution marche pour de vrai.

Exercice 7 Taux de réussite des essais

★★☆Environ 8 min

On soumet un prototype de pince à 24 essais de serrage. Elle réussit à tenir l'objet 18 fois.

Calcule le pourcentage d'essais réussis.

Indice 1

Pourcentage = réussites divisées par nombre d'essais, fois 100.

Voir la correction pas à pas

  1. Données : 18 réussites sur 24 essais.

  2. Fraction : 1824=34\dfrac{18}{24} = \dfrac{3}{4}.

  3. Pourcentage : 34×100=75\dfrac{3}{4} \times 100 = 75.

  4. Le prototype réussit 75 % des essais.

Le taux est de 75 %. Un tel résultat ne suffit pas à conclure : il faut le comparer au cahier des charges pour décider si la solution est validée.4

Exercice 8 Valider face au cahier des charges

★★★Environ 12 min

Le cahier des charges d'un support de téléphone impose : masse inférieure ou égale à 250 g. Trois prototypes sont pesés : 238 g, 251 g et 244 g.

  1. Combien de prototypes respectent cette contrainte ?
  2. Peut-on valider la solution ? Que proposes-tu ?
Indice 1

Compare chaque masse à 250 g, une par une.

Indice 2

Un exemplaire qui dépasse la limite montre qu'il faut peut-être modifier la conception.

Voir la correction pas à pas

  1. 238 g est inférieur à 250 g : conforme.

  2. 251 g dépasse 250 g de 1 g : non conforme.

  3. 244 g est inférieur à 250 g : conforme. Deux prototypes sur trois respectent donc la contrainte.

  4. La solution se valide par rapport au cahier des charges.4 Ici, un exemplaire échoue : on cherche pourquoi (matière, épaisseur, remplissage) avant de valider.

Deux prototypes sur trois sont conformes. On ne valide pas encore la solution : on corrige la conception, puis on refait des essais, ce qui est précisément le rôle d'un prototype.5

Exercice 9 Un projet de A à Z

★★★Environ 15 min

Ton groupe doit concevoir un objet communicant qui avertit quand une plante manque d'eau.

Rédige un court plan de travail qui précise :

  1. l'outil numérique utilisé pour dessiner la pièce qui protège le capteur ;
  2. le procédé de fabrication choisi, avec une justification ;
  3. la façon de tester le comportement du programme avant la fabrication ;
  4. le critère qui te permettra de valider.
Indice 1

Une pièce conçue par modélisation 3D peut être exportée vers une machine.

Indice 2

Pour le critère, appuie-toi sur le cahier des charges.

Voir la correction pas à pas

  1. Modélisation : on dessine la pièce en 3D, puis on exporte le modèle dans un format adapté à la machine.2

  2. Fabrication : impression 3D (ajout de matière) ou découpe laser (enlèvement de matière), selon la forme voulue ; on justifie en comparant les deux procédés.2

  3. Test du programme : on utilise un simulateur lié à la carte programmable pour modifier les paramètres et observer les effets.2

  4. Validation : on réalise des essais sur le prototype et on compare les résultats aux exigences du cahier des charges.4

Un bon plan relie les quatre moments : concevoir en numérique, simuler le programme, fabriquer, puis valider avec des essais. Le projet d'objet communicant fait partie des réalisations attendues en collaboration dans le programme.1

Les questions qu'on se pose

Quelle différence entre une maquette et un prototype ?

Les deux traduisent la solution en réalisation matérielle.4 La maquette peut ne représenter qu'une partie de l'objet ou son aspect ; le prototype sert surtout à faire des essais et à vérifier le fonctionnement par rapport aux contraintes.4

Un prototype doit-il toujours être physique ?

Non. On peut aussi valider des idées sur des maquettes numériques : c'est le prototypage virtuel.5 En 4e, on le fait par modélisation ou avec un simulateur, mais le prototypage ne se limite pas au virtuel, car on fabrique aussi des pièces réelles.2

Que faire quand un essai échoue ?

Un échec est une information utile : le prototype existe justement pour tester avant d'aller plus loin.5 Tu identifies la cause, tu modifies la conception, puis tu refais des essais et tu compares au cahier des charges.4

Sources

Programme visé : Programme de technologie cycle 4 (4e) : Design, innovation et créativité · Éduscol / Ministère de l'Éducation nationale

  1. Programme de technologie cycle 4 (4e) : Design, innovation et créativité, Éduscol / Ministère de l'Éducation nationale. Consulté le 12 novembre 2026.
  2. Comment intégrer efficacement les outils numériques dans les activités de prototypage, Éduscol. Consulté le 12 novembre 2026.
  3. Technologie collège — Domaines d'enseignement, Éduscol. Consulté le 12 novembre 2026.
  4. Maquette et prototype en 4e (C3-MOT-4e), Académie de Bordeaux. Consulté le 12 novembre 2026.
  5. Prototype, Wikipédia. Consulté le 12 novembre 2026.
  6. Sport-prototype, Wikipédia. Consulté le 12 novembre 2026.

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