SÉCURITÉ DU CYCLISTE : COMMENT LA TECHNOLOGIE PEUT-ELLE RENDRE LE VÉLO PLUS VISIBLE ET PLUS SÛR LA NUIT ?

Collectif. L'enseignant projette une vidéo ou des articles illustrant les accidents de vélo la nuit (statistiques ONISR : environ 180 cyclistes tués par an en France, dont une majorité en faible visibilité ou conditions nocturnes).

Questions de lancement :

• Pourquoi les cyclistes sont-ils particulièrement en danger la nuit ?

• Qu'impose la réglementation (Code de la route) concernant l'éclairage vélo ?

• Les équipements actuels (feu blanc avant, feu rouge arrière, catadioptres) sont-ils suffisants ? Quelles sont leurs limites ?

Trace écrite : les élèves notent leurs constats et questions sur la fiche d'activité élève (seance1_eleve.xml).

Individuel puis mise en commun. Chaque élève formule le problème sous forme de question :

« Comment rendre le cycliste plus visible et plus en sécurité la nuit grâce à la technologie ? »

L'enseignant guide vers la formulation du besoin : concevoir un feu arrière intelligent qui s'adapte automatiquement aux conditions de circulation (détection de la nuit, changement de direction, freinage).

En petits groupes (3-4 élèves). Brainstorming collectif pour proposer des solutions technologiques :

• Détection automatique de la nuit (utiliser un capteur de lumière)

• Clignotants directionnels (détecter l'inclinaison avec un accéléromètre)

• Signal de freinage (intensité augmente lors du freinage)

• Alerte sonore ou communication sans fil avec d'autres usagers

L'enseignant encourage à identifier les actionneurs (LEDs, buzzer) et à penser aux contraintes : autonomie, robustesse, coût, encombrement.

Les groupes rédigent leurs propositions sur la fiche d'activité.

Collectif. Chaque groupe présente ses idées. L'enseignant structure au tableau les solutions retenues et introduit le vocabulaire technique :

• Fonction d'usage: signaler la présence du cycliste et ses intentions de direction

• Fonctions techniques: détecter la luminosité, détecter l'accélération/inclinaison, afficher des LEDs, communiquer sans fil

• Cahier des chargespréliminaire : contraintes de sécurité, d'autonomie, de fixation

• Solution technique retenue: carte micro:bit v2 avec capteurs intégrés et matrice de LEDs

Transition vers la séance 2 : « Nous avons identifié le besoin et des pistes de solutions. Maintenant, comment organiser notre démarche pour concevoir et réaliser ce feu arrière intelligent ? »

Collectif. Projection d'une vidéo expliquant les étapes d'un projet technique (ex : vidéo Lumni ou ressource académique sur la démarche technologique).

Les élèves identifient les étapes principales :

1. Identifier le besoin

2. Rédiger le cahier des charges

3. Rechercher des solutions techniques

4. Choisir une solution et concevoir l'architecture

5. Réaliser et programmer

6. Tester et valider

7. Communiquer les résultats

Prise de notes sur la fiche d'activité.

En petits îlots. À partir de la synthèse de la séance 1, les élèves complètent le cahier des charges sur leur fiche d'activité :

• Besoin : rendre le cycliste visible et signaler ses intentions de direction la nuit

• Fonction d'usage : signaler automatiquement la présence du vélo et les changements de direction

• Contraintes : autonomie batterie, résistance intempéries, poids léger, conforme code de la route, coût raisonnable

• Critères de performance : visible à 150 m, activation automatique sous un seuil de luminosité, clignotement directionnel visible, temps de réaction freinage < 0.5 s

L'enseignant valide chaque élément et guide vers une formulation cohérente.

Guidé collectif puis individuel. L'enseignant présente progressivement les diagrammes SysML du feu arrière intelligent (fichiers draw.io dans /Diagrammes/) :

1. Diagramme d'expression du besoin (Diagramme_Besoin_Feu_Velo.drawio) : problème → besoin-finalité → solution → fonction d'usage

2. Diagramme des exigences (Diagramme_Exigences_Feu_Velo.drawio) : exigences principales (visibilité nuit, direction, freinage) avec critères mesurables et relations « satisfy »

3. Diagramme de définition de blocs (Diagramme_BDD_Feu_Velo.drawio) : architecture du système (micro:bit, capteurs, LEDs, batterie)

4. Diagramme de bloc interne (Diagramme_IBD_Feu_Velo.drawio) : flux d'information (vert), flux d'énergie électrique (rouge), énergie lumineuse (bleu)

Les élèves complètent les diagrammes partiellement vierges sur leur fiche d'activité en identifiant les blocs et les flux.

Collectif puis trace écrite. À partir du diagramme IBD, l'enseignant fait identifier les deux chaînes fondamentales :

• Chaîne d'information : Capteur de lumière (acquisition) → micro:bit (traitement) → matrice LED / module radio (communication)

• Chaîne d'énergie : Batterie (alimentation) → micro:bit (distribution) → LEDs (conversion en énergie lumineuse)

Les élèves dessinent les deux chaînes complètes sur leur fiche avec les étapes : acquisition → traitement → communication pour l'information ; alimentation → distribution → conversion pour l'énergie.

Transition vers la séance 3 : « Nous avons le cahier des charges et l'architecture du système. Passons à la programmation ! »

Collectif. Distribution d'une carte micro:bit par binôme. L'enseignant présente les composants principaux :

• Matrice de 25 LEDs (5×5) : affichage de motifs, textes, icônes

• 2 boutons A et B : entrées utilisateur

• Capteur de lumière : mesure la luminosité ambiante (0 à 255)

• Accéléromètre 3 axes : détecte l'inclinaison et les secousses (freinage)

• Module radio : communication sans fil entre cartes

• Connecteur batterie : alimentation autonome

Présentation de l'IDE Vittascience (vittascience.com) : interface par blocs, simulation intégrée, téléversement sur carte réelle (conforme RGPD).

TP en binômes. Cahier des charges 1 : « Le feu arrière s'allume automatiquement quand la luminosité passe sous un seuil (nuit/tunnel) et s'éteint quand il fait jour. »

Solutions choisies : Capteur lumière + matrice LED 5×5

Étapes :

1. Rédiger l'algorithme en pseudo-code (voir diagramme act_CdC1.drawio)

2. Programmer avec Vittascience : boucle infinie → lire capteur lumière → si lumière < 80 → afficher LEDs rouges → sinon → éteindre

3. Tester en simulation puis sur carte réelle (couvrir le capteur avec la main)

4. Déboguer : ajuster la valeur du seuil

Blocs à utiliser : « au démarrage », « répéter indéfiniment », « si … alors … sinon », « niveau de lumière », « montrer LEDs », « effacer l'écran ».

TP en binômes. Cahier des charges 2 : « Le feu arrière affiche une flèche clignotante à gauche (bouton A) et à droite (bouton B). »

Solutions choisies : Boutons A et B (entrée) + matrice LED 5×5 (affichage directionnel)

Étapes :

1. Rédiger l'algorithme (voir diagramme act_CdC2.drawio)

2. Programmer : lorsque bouton A pressé → répéter 5 fois (afficher flèche gauche, pause 300ms, effacer, pause 300ms). Idem bouton B → flèche droite.

3. Tester sur carte réelle et ajuster le clignotement

Blocs supplémentaires : « lorsque bouton A pressé », « répéter N fois », « montrer LEDs (motif personnalisé) », « pause (ms) ».

TP en binômes. Cahier des charges 3 : « Le feu arrière combine toutes les fonctions : allumage automatique la nuit, clignotants directionnels, ET signal de freinage. Lors d'une secousse forte (accélération > 6g), la matrice clignote rapidement entre 9 et 25 LEDs, puis affiche 5 LEDs fixes. »

Solutions complètes : Capteur lumière + boutons A/B + accéléromètre (détection secousse/freinage) + matrice LED 5×5

Étapes :

1. Rédiger l'algorithme complet (voir diagrammes act_CdC3.drawio et stm_Feu_Velo.drawio)

2. Assembler les programmes des CdC1 et CdC2

3. Ajouter la gestion du freinage : « lorsque secoué » → clignotement d'alerte rapide

4. Tester, déboguer, valider sur carte réelle

Blocs supplémentaires : « lorsque secoué », « accélération (mg) sur axe X/Y/Z ». Gestion des états : mode jour/nuit, direction active, freinage en cours.

Leçon + mini TP (2 micro:bit par binôme). Principes de la communication sans fil : qu'est-ce qu'une onde radio ? Notion de groupe radio (canal). Applications réelles : cyclistes en groupe, alerte au véhicule suiveur.

Mini TP :

• Micro:bit ÉMETTEUR (feu arrière) : quand le feu de freinage s'active → envoyer le message « FREIN » par radio sur le groupe 1

• Micro:bit RÉCEPTEUR (cycliste suiveur) : quand le message « FREIN » est reçu → afficher une icône d'alerte + bip sonore d'avertissement

Blocs Vittascience : « définir groupe radio », « radio envoyer chaîne », « quand radio reçu », « si reçu = "FREIN" ».

Discussion finale : avantages et limites (portée, consommation d'énergie, interférences). Lien avec l'éco-conception : impact de la communication sans fil sur l'autonomie de la batterie. Question citoyenne : comment responsabiliser les cyclistes à l'usage de cette technologie en groupe ?

Un objet communicant est un objet technique capable d'échanger des informations avec son environnement ou avec d'autres objets, sans intervention humaine directe.

Exemples du quotidien : montre connectée, thermostat intelligent, compteur Linky, feu de vélo connecté, voiture autonome, drone de livraison.

Un objet communicant comprend toujours quatre composants essentiels :

• Des capteurspour acquérir des informations de l'environnement (température, lumière, distance, accélération, etc.)

• Une unité de traitement (carte programmable : micro:bit, Arduino, Raspberry Pi) pour analyser et décider

• Desactionneurs(LEDs, moteur, buzzer, chauffage) pour agir sur l'environnement

• Un module de communication (radio, Bluetooth, WiFi, 4G) pour échanger avec d'autres systèmes ou usagers

Le feu arrière intelligent de vélo est un parfait exemple : il intègre une lumière (acquisition), un micro:bit (traitement), une matrice LED (action) et un module radio (communication).

Le prototype est la première réalisation fonctionnelle d'un objet technique, destinée à valider le concept et à identifier les problèmes avant la fabrication en série.

Étapes du prototypage du feu arrière intelligent :

1. Étape 1 : Identifier le besoin et rédiger le cahier des charges(Séance 1-2) — Quels problèmes cherche-t-on à résoudre ? Quelles sont les contraintes ?

2. Étape 2 : Concevoir l'architecture système(Séance 2) — Choisir les composants (capteurs, processeur, actionneurs). Dessiner les diagrammes SysML (BDD, IBD, exigences).

3. Étape 3 : Programmer et tester en simulation(Séance 3) — Développer les algorithmes et les implémenter progressivement (CdC1 → CdC2 → CdC3). Valider la logique avant le test réel.

4. Étape 4 : Assembler le prototype physique— Intégrer la micro:bit dans un boîtier robuste. Effectuer les connexions (batterie, capteurs externes si besoin). Fixer le tout sur le vélo.

5. Étape 5 : Tester sur le terrain et valider— Faire des essais en conditions réelles (jour/nuit, sur route).que toutes les fonctions marchent : allumage automatique, clignotants, freinage, portée radio.

6. Étape 6 : Améliorer et optimiser— : durée de vie de la batterie, choix des matériaux du boîtier (plastique recyclable vs aluminium), réparabilité, impact environnemental.

Un capteur est un composant qui mesure une grandeur physique de l'environnement et la convertit en signal électrique exploitable par la carte programmable.

Capteurs intégrés au micro:bit et leurs rôles dans le feu arrière :

• Capteur de lumière (photodiode): mesure la luminosité ambiante (échelle 0 = obscurité totale à 255 = pleine lumière) → détecte la nuit/jour pour allumer/éteindre le feu

• Accéléromètre 3 axes: mesure l'accélération en X (droite-gauche), Y (avant-arrière), Z (haut-bas) → détecte le freinage brusque (secousse) et l'inclinaison du vélo (virage)

• Boutons A et B: capteurs tout-ou-rien (actionnés manuellement par l'utilisateur) → permettent de déclencher les clignotants directionnels

• Boussole magnétique: mesure le cap (orientation) → peut être utilisée pour orienter les alertes selon la direction

Chaquecapteurconvertit une information physique en valeur numérique que le micro:bit peut traiter (nombre entre 0 et 255, booléen true/false, orientation en degrés, etc.)

Un actionneur est un composant qui convertit l'énergie électrique en une autre forme d'énergie (lumineuse, sonore, mécanique, électromagnétique) pour agir sur l'environnement.

Actionneurs du feu arrière intelligent :

• Matrice LED 5×5: 25 LEDs rouges programmables individuellement → convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse → affiche motifs de présence (fixe), de direction (flèches), de freinage (clignotement rapide)

• Haut-parleur intégré(micro:bit v2) : convertit l'énergie électrique en vibrations sonores → émet des bips d'alerte lors du freinage ou de la réception d'un message radio

• Module radio: convertit l'énergie électrique en ondes électromagnétiques 2.4 GHz → communique avec d'autres micro:bit (par exemple, un cycliste suiveur qui reçoit une alerte)

Les actionneurs sont commandés par la carte programmable via le programme : selon les conditions (nuit ? freinage ? virage ?), le micro:bit décide quels actionneurs activer et comment.

L'interface est le composant qui coordonne et fait le lien entre les capteurs, le traitement et les actionneurs. Ici, c'est micro:bit lui-même (processeur ARM Cortex-M4 cadencé à 25 MHz).

CHAÎNE D'INFORMATION du feu arrière intelligent :

Acquérir(capteurs) →Traiter(micro:bit) →Communiquer(actionneurs)

• Acquisition: capteur de lumière mesure l'intensité (0-255), accéléromètre détecte les secousses et l'inclinaison, boutons A/B détectent les appuis

• Traitement: le programme du micro:bit analyse les valeurs capteurs et prend des décisions logiques (« si luminosité < 80 ET pas de freinage, alors afficher motif fixe »)

• Communication: le micro:bit commande la matrice LED, le buzzer et envoie des messages par radio

CHAÎNE D'ÉNERGIE du feu arrière intelligent :

Alimenter(source) Distribuer(interface) Convertir(actionneurs) → Transmettre(effet utile)

• Alimentation: batterie 3V (2×1.5V) ou 3.7V (batterie Li-Po rechargeable)

• Distribution: micro:bit reçoit et distribue l'énergie selon le programme

• Conversion: LEDs convertissent en énergie lumineuse (photons), haut-parleur en ondes sonores, radio en ondes électromagnétiques

• Transmission: la lumière rouge se propage vers l'arrière (signal de présence), les ondes radio se propagent dans l'air (alerte à d'autres cyclistes)

Remarque éco-conception: l'autonomie dépend de la batterie et de la consommation énergétique. Les LEDs consomment beaucoup ; programmer un clignotement plutôt qu'une lumière fixe économise 50% d'énergie. La radio consomme encore plus ; à utiliser avec modération pour prolonger l'autonomie.

Voir le diagramme IBD (Diagramme_IBD_Feu_Velo.drawio) pour la représentation graphique des flux avec code couleur : vert (information), rouge (énergie électrique), bleu (lumineuse), violet (mécanique).