L'analyse fonctionnelle : cours de technologie 5e

Tu utilises chaque jour des dizaines d'objets : une lampe, un stylo, un cartable, un four, un vélo. Tu sais à quoi ils servent, mais sais-tu comment ils y arrivent ? Pour le découvrir, les techniciens et les ingénieurs ont une démarche : l'analyse fonctionnelle.

Au cycle 4, tu apprends à analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, puis à repérer ses entrées et ses sorties.³ Tu apprends aussi à associer des solutions techniques à des fonctions.¹ Ce cours te donne les outils pour y parvenir, étape par étape.

Pourquoi faire cela ? D'abord pour comprendre un objet existant : on ne peut pas expliquer un chauffe-eau solaire sans savoir quelles fonctions il remplit. Ensuite pour améliorer un objet : on peut chercher à améliorer son fonctionnement, à baisser son prix d'achat ou son coût d'entretien.⁴ Enfin pour concevoir un objet nouveau, en partant de ce qu'on attend de lui.

Dans la séquence d'Éduscol sur le fonctionnement des objets, la question de départ est simple : comment fonctionnent les objets du quotidien ?³ C'est exactement la question à laquelle l'analyse fonctionnelle répond.

Un objet technique rend d'abord un service à celui qui s'en sert. Pour y parvenir, il accomplit en interne plusieurs petites actions. Quand on observe un objet de la maison, on distingue ainsi deux niveaux : le service rendu, qui est la fonction d'usage, et les actions internes, qui sont les fonctions techniques.³

Le cœur de l'analyse fonctionnelle au collège est le lien entre une fonction technique et la solution qui la réalise. Le programme demande d'associer des solutions techniques à des fonctions.¹ Dans la séquence d'Éduscol, le bilan de la séance insiste sur ce lien entre solution technique et fonction technique.³

On peut étudier un objet de deux façons très différentes. L'analyse fonctionnelle de l'expression du besoin regarde l'objet de l'extérieur, à travers ce que veut l'utilisateur. L'objet est alors vu comme une boîte noire : on ne regarde pas dedans, mais on étudie avec soin les fonctions qu'elle produit, en les listant, en les décrivant et en les évaluant.⁴

L'autre analyse regarde le produit lui-même : on cherche à comprendre l'intérieur de la boîte, c'est-à-dire l'architecture, la façon dont les constituants sont combinés et les fonctions techniques.⁴

Ces deux regards correspondent à deux questions :

• Vu de l'extérieur : à quoi sert l'objet ? (fonctions de service)
• Vu de l'intérieur : comment fonctionne-t-il ? (fonctions techniques et structure)

Le programme parle d'ailleurs de plusieurs points de vue pour étudier un objet : fonctionnel, structurel, environnemental, technique, scientifique, social, historique ou économique.¹ En 5e, tu travailles surtout les points de vue fonctionnel et structurel.

Pour analyser un objet, on repère ses entrées et ses sorties.³ Une entrée est ce que l'objet reçoit pour fonctionner ; une sortie est ce qu'il produit ou délivre. L'objet transforme les entrées en sorties.

Le programme parle de décrire les transformations qui s'opèrent à l'intérieur d'un objet technique.¹ C'est cette transformation que l'on cherche à représenter.

La séquence d'Éduscol aborde la représentation fonctionnelle des systèmes, qui est un outil pour décrire un fonctionnement, une structure et un comportement.³ Représenter un objet de manière fonctionnelle, c'est passer d'un langage (le texte, la parole, l'observation) à un autre langage (un schéma normalisé).³

Un schéma très simple consiste à dessiner l'objet comme un rectangle : les flèches qui entrent à gauche sont les entrées, celles qui sortent à droite sont les sorties.

Un objet remplit rarement une seule fonction. Lors d'une analyse fonctionnelle, chaque fonction est recensée, caractérisée, ordonnée et hiérarchisée.⁴ On détermine ainsi les fonctions principales, les fonctions secondaires et les fonctions contraintes.⁴

Une fonction principale peut elle-même se découper en plusieurs fonctions élémentaires. Chacune correspond à une action attendue de l'objet pour répondre à une partie du besoin, et à la raison d'être d'un sous-ensemble de l'objet.⁴

Les fonctions secondaires complètent le service sans en être la raison principale. Les contraintes sont des exigences que l'objet doit respecter (par exemple de prix, de sécurité ou de taille) pour être accepté.

Une fois les fonctions repérées, il faut les écrire de manière organisée. Le cahier des charges fonctionnel décrit et liste les fonctions primaires, les fonctions secondaires et les contraintes du système étudié.⁴ Dans les ressources pédagogiques d'Éduscol, on précise qu'il permet de connaître les capacités que l'objet doit pouvoir offrir.²

Pour trouver toutes les fonctions, on peut utiliser le diagramme des interacteurs, aussi appelé diagramme pieuvre. Il montre les liens entre le système et son environnement : chaque lien correspond à une fonction de service. Il permet de recenser la plupart des fonctions du système.⁴

La pieuvre se construit ainsi : on place l'objet au centre, on dessine autour de lui tout ce avec quoi il est en relation (l'utilisateur, l'énergie, le milieu où il est installé…), puis on relie chaque élément à l'objet. Chaque trait reçoit une phrase commençant par un verbe : c'est une fonction.

Les ressources d'Éduscol mentionnent aussi le diagramme des exigences.² Il sert à présenter ce que le système doit satisfaire.

Quand un objet est complexe, on ne comprend pas tout d'un coup. On procède du plus général au plus précis. C'est le principe d'une analyse descendante : on part d'une vue d'ensemble, puis on détaille les parties.⁵

Cette idée est utilisée par une méthode de description graphique appelée SADT, qui représente une fonction par une boîte et décompose cette boîte au niveau inférieur pour faire apparaître des sous-fonctions.⁵

Reprenons l'objet étudié dans les ressources d'Éduscol : le chauffe-eau solaire.² Appliquons la démarche complète.

Cet exemple montre aussi pourquoi la démarche est utile : si l'eau n'est pas assez chaude, on sait dans quelle fonction chercher le défaut. Le panneau capte-t-il assez ? Le réservoir est-il bien isolé ? L'analyse fonctionnelle sert donc aussi au dépannage et à l'amélioration.