Bien qu'on puisse classer les objets techniques en plusieurs catégories (manuel, mécanique, électrique, automatique, informatique), il existe deux grandes familles : les systèmes mécaniques et les systèmes automatiques.

1.1. Système mécanique

Dans un système mécanique, l'utilisateur commande et contrôle l'ensemble des opérations.

Le système peut être un objet technique simple (porte, paire de ciseaux, bicyclette...) ou plus complexe et peut apporter l'énergie à la place de l'utilisateur (machine à coudre, grue, voiture...).

1.2. Système automatique

Un système automatique effectue sans l'intervention de l'utilisateur, des tâches programmées à l'avance.

Un opérateur suit l'évolution du système et contrôle le bon déroulement du cycle de fonctionnement. Il assure la programmation, le démarrage et l'arrêt du système (en cas de problème).

Définition :

Remarques :

Simples ou complexes, les systèmes automatiques sont partout dans notre environnement quotidien. Ils se développent de plus en plus et modifient la manière de travailler dans les ateliers de production comme dans les bureaux.

Dans l'industrie par exemple, ils permettent d'augmenter la sécurité et remplacent l'homme en accomplissant des travaux pénibles (convoyeur), répétitifs (ligne de montage), dangereux (atelier de peinture) ou dans des endroits inaccessibles (réacteur nucléaire).

Exemple :

Un embouteillage automatisé (remplissage, capsulage et étiquetage) permet d'assurer une cadence sûre, rapide et régulière.

Un système automatique est composé d'une partie commande et d'une partie opérative.

2.1. Partie commande

La partie commande est, en général, composée d'un ordinateur ou d'une carte électronique.

Elle assure le pilotage et le contrôle du système.

2.2. Partie opérative

La partie opérative est composée de capteurs et d'actionneurs.

Elle effectue les opérations en produisant des mouvements, de la chaleur, de la lumière, des sons...

2.3. Capteur

Un capteur est un élément de la partie opérative capable de détecter un phénomène physique dans son environnement.

Ils réagissent en fonction d'une grandeur physique (masse, pression, vitesse, température, luminosité...).

2.4. Actionneur

Un actionneur est un élément de la partie opérative capable de produire un phénomène physique (déplacement d'un objet, dégagement de chaleur, émission de lumière, production de son...) à partir de l'énergie qu'il reçoit.

En général, ils transforment un type d'énergie en un autre :

• Un moteur transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique (rotation).
• Un vérin transforme de l'énergie pneumatique ou hydraulique en énergie mécanique (translation).

2.5. Exemple

L'ouverture et la fermeture du portail automatique s'effectuent en cliquant sur la télécommande. Vous pouvez parcourir l'animation avec la souris pour localiser les capteurs et les actionneurs.

Portail automatique

3.1. Présentation

L'ensemble des échanges d'informations est contrôlé par le programme de la partie commande :

• L'opérateur donne des consignes à la partie commande.
• La partie commande adresse des ordres à la partie opérative.
• Les actionneurs exécutent les ordres reçus : production d'un phénomène physique sur l'effecteur.
• Les capteurs réagissent à une variation d'état : détection d'un phénomène physique.
• La partie opérative adresse des comptes-rendus à la partie commande.
• La partie commande envoie à l'opérateur des signaux sur l'état du système ou de son environnement.

Il s'établit un dialogue d'exploitation entre l'opérateur et la partie commande, et un dialogue de fonctionnement entre la partie commande et la partie opérative.

3.2. Schéma de principe

3.3. Exemple

Décomposition des échanges d'informations dans un système d'ascenseur :

• Consigne : une personne appuie sur le bouton pour appeler la cabine.
• Ordre : le moteur doit se déclencher pour déplacer la cabine.
• Phénomène physique : la cabine ( l'effecteur) monte ou descend.
• Compte-rendu : un capteur détecte le mouvement de la cabine.
• Signal : un voyant lumineux indique le sens de déplacement de la cabine.

Un système automatique peut exécuter une suite d'opérations en cycle ouvert ou en cycle fermé.

4.1. Cycle ouvert

En cycle ouvert, les tâches s'enchainent et se répètent continuellement sans aucune vérification.

C'est le cas des feux de carrefour fonctionnant de la même façon jour et nuit, sans tenir compte du trafic ni de la présence de piétons.

4.2. Cycle fermé

En cycle fermé, les tâches ne se déclenchent que lorsque c'est nécessaire, en prenant en compte l'état de l'environnement.

C'est le cas d'un passage à niveau dont la barrière ne se lève que si le train est bien passé.

Pour fonctionner correctement, un système automatique doit connaitre les états du système lui-même et de son environnement, ainsi que les informations en provenance de l'utilisateur.

Les états et les consignes sont des grandeurs physiques détectées et mesurées par des capteurs.

L'analyse de ces données est assurée par un circuit électronique qui envoie ensuite les ordres à exécuter.

1.2. Schéma fonctionnel

La chaîne d'information est donc composée de 3 blocs fonctionnels :

1.3. Exemple

Décomposition de la chaîne d'information d'une régulation de température :

• Grandeurs physiques : la température souhaitée (consigne) et la température réelle (état).
• Acquérir : le thermostat est le capteur qui mesure la température de la maison.
• Traiter : le circuit intégré compare la température mesurée à celle désirée.
• Communiquer : la carte électronique envoie le bon ordre en fonction de la température.
• Ordres : déclencher ou arrêter le chauffage.

2.1. Présentation

Pour effectuer des actions, un système automatique a besoin d'être alimenté par une source d'énergie. Bien que les énergies intervenantes soient de natures variées (électrique, mécanique, thermique...), le principe est toujours le même.

Les ordres provenant de la chaîne d'information autorisent la distribution de l'énergie dans le système, sa conversion par des actionneurs et sa transmission aux effecteurs.

Identifier les composants qui assurent ces différentes fonctions permet une compréhension globale du fonctionnement d'un système automatique.

2.2. Schéma fonctionnel

La chaîne d'énergie est composée de 4 blocs fonctionnels :

2.3. Exemple

Décomposition de la chaîne d'énergie d'un store automatique :

• Source d'énergie : l'électricité.
• Alimenter : le boitier d'alimentation fournit l'énergie électrique à tout le système (partie commande et partie opérative).
• Distribuer : les contacteurs amènent l'électricité au moteur en fonction des ordres reçus.
• Convertir : le moteur transforme l'énergie électrique en énergie mécanique.
• Transmettre : les engrenages réduisent la vitesse de rotation du moteur et font tourner le store.
• Action : l'ouverture ou la fermeture du store.