Les objets techniques

Discipline
Sciences et technologie
Niveaux
CM2.
Auteur
E. MARTINS
Objectif
- Décrire le fonctionnement d'objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions.
- Représenter le fonctionnement d'un objet technique.
- Comparer des solutions techniques : constitutions, fonctions, organes.
Relation avec les programmes

Cycle 3 - Programme 2016

  • Représenter le fonctionnement d'un objet technique.
  • Comprendre les notions de fonction technique, de solutions techniques.
  • Comparer des solutions techniques : constitutions, fonctions, organes.
Dates
Créée le 08 mars 2018
Modifiée le 09 mars 2018
Statistiques
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Licence
CC-BY-NC-SALicence Creative Commons : Paternité - Pas d'utilisation commerciale - Partage des conditions initiales à l'identique ?.

Cette séquence vise à comprendre la constitution des objets techniques, des contraintes qui sont liées à sa construction. On abordera également l'impact environnemental dans le choix des matériaux.
La séquence répondra ensuite à un défi, réaliser un objet technique en équipe avec des matériaux de récupération et présenter son fonctionnement à ses camarades.

Déroulement des séances

1

S1: Qu'est-ce qu'un objet technique?

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
Définir ce qu'est un objet technique.
Réinvestir la notion de matériau vue en début d'année en éveillant à l'impact environnemental.
Aborder les différents types de mouvements.
Durée
45 minutes (3 phases)
Matériel
Ardoise
Feutre
Affiche A3
Remarques
Cette séance sera l'occasion de présenter en conclusion le défi de la classe, créer un objet technique avec des matériaux récupérés.

1. Découverte de la notion d'objet technique

collectif | 15 min. | découverte

L'enseignant a écrit au tableau les mots: Objet technique.

Notez sur votre ardoise la définition, le sens d'un objet technique.

L'enseignant passe dans les rangs pour faire un premier diagnostique des connaissances des élèves.

Il montre quelques visuels en amont aux élèves en difficulté, en montrant des objet oui et des objets non.

Discussion collective durant laquelle l'enseignant note au tableau les réponses proposées par les élèves aux questions : 

 

  • Qu'est-ce qu'un objet technique?
  • Qu'est-ce qu’un mouvement ?
  • À quoi ça sert ? Citer des phénomènes mettant en jeu des mouvements.
  • Quels sont les différents éléments qui interviennent ? Citer différents types de mouvement.
  • Qu'est-ce que ça veut dire "un objet en mouvement" ? On devrait voir apparaître les termes bouger, se déplacer, aller vite, courir, etc.

 

Afficher au tableau les posters d’images qui pourraient répondre aux questions ci-dessus. (grande roue, mécanisme pour l'accrobranche, essoreuse à salade...)

2. Rédaction d'une première trace écrite

groupes de 4 | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Travaillez en groupe à la rédaction d'une première trace écrite de synthèse sur cette affiche A3.

Les élèves se répartissent le travail: il y a un rédacteur, un dessinateur, un coordinateur.

 

Pour répondre à leurs besoins, les humains fabriquent des objets techniques à partir de différents matériaux.

Le choix d'un matériau doit être fait en tenant compte de son impact environnemental. 

Il existe différents types de mouvements, comme par exemple les mouvements rectilignes, les mouvements circulaires.

3. Présentation orale de la trace écrite

groupes de 4 | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Les élèves présentent leur affiche.

Le professeur évalue le groupe et distribue les points aux équipes.

2

S2: Comment fonctionne une essoreuse à salade?

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
– Décrire le fonctionnement d’un objet technique, ses fonctions et ses constitutions.
Durée
60 minutes (5 phases)
Matériel
– une essoreuse à salade pour la classe (modèle similaire ou proche de celui présenté dans la fiche).
– si possible, une essoreuse pour chaque groupe de 4 élèves.
– un peu de salade.
- ardoise
Remarques
Il s’agit ici d’un objet connu des élèves dans le quotidien mais dont le mode de fonctionnement est rarement connu.

1. Découverte du fonctionnement de l'essoreuse à salade

groupes de 4 | 15 min. | découverte

Découverte du système d’engrenages d’une essoreuse à salade.

Le PE a remis une essoreuse par groupe.

En groupe, tester et utiliser cet appareil et expliquer comment fait-on fonctionner cet appareil ? (dessin possible sur ardoise)

Les élèves se mettent d'accord sur l'utilisation de l'objet essoreuse et tentent une explication sur ardoise après test de l'objet et de son mécanisme.

 

2. Mise en commun

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Chaque groupe présente ses observations.

Le PE aiguille en demandant les différentes étapes, rotation rapide, et le but de l'objet  :évacuation de l'eau (force centrifuge) à travers le panier. 

Questions supplémentaires du PE: Si on ne s'intéresse qu'à la partie couvercle. (observation -utilisation) que se passe-t-il quand tu tournes la manivelle ? La roue sous le couvercle tourne plus vite que la manivelle que l'on tourne à la main. 

À quoi sert le mécanisme dans le couvercle de l'essoreuse à salade ? Se mettre d'accord sur l'effet du mécanisme : accélérer le mouvement de rotation.  

Comment cela peut-il fonctionner ? (dessin possible) Faire ressurgir les différences pour construire une problématique. Par exemple : Quel système permet de faire accélérer la roue sous le couvercle de l'essoreuse ? Les problèmes sont notés sur une affiche ou au tableau au fur et à mesure. 

Cite d'autres objets simples dans lesquels il y aurait un mécanisme. Recueillir les propositions des élèves, demander une justification, faire repérer les contradictions, les désaccords s'il y en a.

3. Activité individuelle

individuel | 15 min. | recherche

Réaliser les exercices 1-2-3-4 de la fiche d'activité p 55-56 individuellement.

En fonction de votre travail des points iront à votre équipe.

4. Mise en commun

collectif | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Correction au tableau.

 

1. Les éléments qui la composent sont : le couvercle avec la manivelle, le panier et la cuve.

 Conceptions initiales des élèves, par exemple : l’eau est enlevée de la salade en faisant tourner très vite le panier qui la contient.

2, Le panier à salade tourne.

L'eau est projetée vers l'extérieur.

Exemples de situations dans lesquelles une personne, un objet ou une matière est entrainé·e vers l’extérieur lors d’un mouvement de rotation rapide : sur un manège, un tourniquet, en voiture dans un rondpoint ou un virage, l’essorage du linge dans le lave-linge.

4, Le panier est posé sur un petit ergot (une « pointe ») au fond de la cuve, ce qui permet de limiter les frottements et d’augmenter la vitesse de rotation du panier.

 L’élément qui semble tourner le plus vite est le panier.

 Oui, les deux disques tournent dans le même sens (si la petite roue tourne à l’intérieur de la grande roue, ce qui est le cas de toutes les essoreuses que nous avons testées).

 Sur l’essoreuse de Simon, la petite roue compte 15 dents, la grande 45 dents.

5. Explication du mécanisme

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Lecture de la petite phrase explicative p 57 et surlignage.

Distribution du schéma de l'engrenage et légendage.

Explications orales du PE: La poignée sert à faire tourner la grosse roue dentée. La grosse roue dentée entraine la rotation de la petite roue dentée. La petite roue dentée, accrochée sur les pales, entraine la rotation des pales. Les pales font tourner le panier, qui y est accroché. Quand la grande roue dentée fait 1 tour complet, la petite roue en a fait au moins 10. Elle tourne donc au moins dix fois plus vite que la grande roue. Ça permet d’essorer la salade efficacement.

Ce document viendra illustrer la trace écrite de la séance suivante.

3

S3: Comment fonctionne une essoreuse à salade? (suite).

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
– Décrire le fonctionnement d’un objet technique, ses fonctions et ses constitutions.
Durée
45 minutes (4 phases)
Matériel
– une essoreuse à salade pour la classe (modèle similaire ou proche de celui présenté dans la fiche).
– si possible, une essoreuse pour chaque groupe de 5 à 6 élèves.
– un peu de salade.
- fiche de la Luciole
- pâte à modeler
Remarques
Il s'agit de la séance 2/2.
Première trace écrite.

1. Rebrassage des découvertes de la séance précédente

collectif | 5 min. | découverte

Qu'avons-nous appris sur l'essoreuse à salade? Quel est son rôle et comment fonctionne-t-elle?

Les élèves répondent à l'oral en levant la main.

2. Activité des élèves

individuel | 15 min. | recherche

"Réalisez les exercices 5 et 6 de votre fiche d'activité."

Vous aurez besoin de l'essoreuse et de pâte à modeler.

3. Mise en commun

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Le PE donne les indications du tableau aux élèves:

Données pour le tableau:

Simon 

15

3

45

Correction:

5, On remarque que le nombre de la dernière ligne correspond au rapport entre le nombre de dents de la grande et de la petite roue. Par exemple, pour Simon, la grande roue compte 3 fois plus de dents que la petite roue.

 L’essoreuse la plus efficace sera celle de Zoé car elle le panier tournera 5 fois plus vite que la manivelle.

 Le panier de l’essoreuse tourne grâce à un engrenage contenu dans le couvercle.

La grande roue dentée entraine la petite roue dentée, qui permet de faire tourner le panier.

6, Le panier dentée....beaucoup de dents.... peu de dents.

4. Copie de la trace écrite

collectif | 15 min. | découverte

Trace écrite à copier:

L’essoreuse à salade est un objet technique qui permet d’enlever l’eau de lavage de la salade grâce au mouvement de rotation rapide du panier. Si le panier tourne plus vite que la manivelle, c’est grâce à un système d’engrenage contenu dans le couvercle.

Coller les documents de la séance précédente présentant l'engrenage.

4

S4: A quoi faut-il penser pour fabriquer un objet?

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
– Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
Durée
60 minutes (6 phases)
Matériel
Matériel indispensable pour mettre en place le défi :
– une table de la classe,
– une planche ou autre de 120 cm de longueur (60 cm environ de largeur),
– un mètre pour mesurer la distance parcourue.
Matériel à porter par les groupes:
Pour la réalisation des véhicules, mettre à disposition des élèves des éléments de ce type :
– un ensemble de boites de différents types (en carton, boites de conserve de différentes formes, bouteilles en plastique…),
– différents types de roues (bouchons en plastique, ronds en carton, en bois, rondelles métalliques…),
– différents types d’axes pour les roues (piques à brochettes, cylindres de bois, tiges filetées, pailles).
Remarques
Au cours de cette fiche, l’objectif est de placer les élèves en situation de résolution de problème en leur proposant un défi technologique à relever. Ils seront ainsi amenés à concevoir, tâtonner, expérimenter, ajuster, essayer… et mettront ainsi en oeuvre différentes compétences liées aux sciences. Le vocabulaire spécifique sera élaboré au fur et à mesure que les situations auront été vécues et permettront ainsi une appropriation optimale par l’élève.

1. Lecture individuelle du défi

individuel | 10 min. | découverte

Annonce de l'objectif:

"Nous allons relever un défi, le même que celui de la classe d'Alice.

Commencez par lire en quoi il consiste et une fois cette lecture faite, dessinez la situation dans le cadre correspondant de votre fiche d'activité."

 

 

 L’équipe qui sera déclarée gagnante est celle dont le véhicule ira le plus loin sur la piste.

2. Recherche en groupe

groupes de 4 | 10 min. | recherche

 

Quelles solutions pouvez-vous imaginer pour construire le véhicule? Réflechissez pendant 5 minutes en groupe puis complétez l'Ex 2 p 59 individuellement.

En groupe, les élèves font des schémas, imaginent quel serait le matériel nécessaire. 

Le PE circule dans les équipes.

3. Recherche individuelle

collectif | 10 min. | découverte

Faites les exercices 3 et 4 de la page 60.

4. Correction collective

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Correction au tableau.

 

Alice ne peut pas utiliser la voiture qu’elle a trouvée dans ses jouets car le véhicule doit être construit par les élèves.

 Corentin ne pourra pas participer au défi avec ce véhicule car il n’a que trois roues.

Groupe A Groupe B Groupe C Groupe D

Matériau utilisé pour les roues Bois Plastique Carton Métal

Matériau utilisé pour le corps Métal Carton Plastique Bois

5. Institutionnalisation

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Lecture et surlignage de la phrase :

Quand on crée un objet technique, les conditions que l'on doit absolument respecter sont appelées les contraintes.

6. Copie des devoirs

individuel | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Faire copier aux élèves la liste du matériel à emporter pour la construction du véhicule dans l'agenda.

5

S5: A quoi faut-il penser pour fabriquer un objet? (suite)

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
– Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
Durée
50 minutes (5 phases)
Matériel
Matériel indispensable pour mettre en place le défi :
– une table de la classe,
– une planche ou autre de 120 cm de longueur (60 cm environ de largeur),
– un mètre pour mesurer la distance parcourue.
Matériel à porter par les groupes:
Pour la réalisation des véhicules, mettre à disposition des élèves des éléments de ce type :
– un ensemble de boites de différents types (en carton, boites de conserve de différentes formes, bouteilles en plastique…),
– différents types de roues (bouchons en plastique, ronds en carton, en bois, rondelles métalliques…),
– différents types d’axes pour les roues (piques à brochettes, cylindres de bois, tiges filetées, pailles).
Remarques
Au cours de cette fiche, l’objectif est de placer les élèves en situation de résolution de problème en leur proposant un défi technologique à relever. Ils seront ainsi amenés à concevoir, tâtonner, expérimenter, ajuster, essayer… et mettront ainsi en oeuvre différentes compétences liées aux sciences. Le vocabulaire spécifique sera élaboré au fur et à mesure que les situations auront été vécues et permettront ainsi une appropriation optimale par l’élève.

1. Rappel de l'objectif

collectif | 5 min. | découverte

Rappel de l'objectif:

"Rappelez-moi le défi que nous allons relever".

 

 Nous allons construire un véhicule par équipe. L’équipe qui sera déclarée gagnante est celle dont le véhicule ira le plus loin sur la piste.

2. Recherche en groupe

groupes de 4 | 20 min. | recherche

 

Nous allons nous pencher plus précisément sur les contraintes de construction et sur les propriétés des matériaux utilisés. 

Vous avez 10 minutes pour échanger en chuchotant avec votre voisin sur les différentes questions des exercices 5-6-7 de la page 62 puis vous devez les rédiger individuellement en 10 minutes.

Les élèves se mettent au travail.

Le PE circule dans les rangées.

3. Correction collective

collectif | 10 min. | découverte

 

Ex 5

++ très + un peu – pas du tout

Léger Solide Facile à façonner

Métal –  ++ –

Plastique ++ – –

Carton ++ – ++

Plastique + + +

 

 

 Les roues doivent être solides pour supporter le poids du véhicule et facilement façonnables pour qu’on puisse leur donner une forme ronde.

 Les matériaux les plus adaptés pour les roues seraient donc le métal et le bois.

 Le corps du véhicule doit être léger pour gagner en vitesse et solide pour ne pas se déformer.

 Les matériaux les plus adaptés pour le corps du véhicule seraient donc le carton et le plastique.

 Réponse possible : pour construire mon véhicule, je choisirais des roues en métal et un corps en carton.

 

6, Le véhicule C1 a des roues plus grandes que le véhicule C.

 On peut en conclure que le véhicule ira d’autant plus loin que les roues sont grandes.

 

7, Pour le véhicule B1, les axes des roues tournent dans des pailles.

 Il y a ainsi moins de frottements, les roues tournent donc « mieux », c’est pour cela que le véhicule B1 va plus loin que le véhicule B.

 Pour le véhicule B2, les axes des roues ne sont pas bien parallèles.

 Pour aller le plus loin possible, il est donc important que les axes des roues soient bien parallèles.

4. Correction collective

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Correction au tableau.

 

Alice ne peut pas utiliser la voiture qu’elle a trouvée dans ses jouets car le véhicule doit être construit par les élèves.

 Corentin ne pourra pas participer au défi avec ce véhicule car il n’a que trois roues.

Groupe A Groupe B Groupe C Groupe D

Matériau utilisé pour les roues Bois Plastique Carton Métal

Matériau utilisé pour le corps Métal Carton Plastique Bois

5. Institutionnalisation

collectif | 5 min. | mise en commun / institutionnalisation

Lecture et surlignage de la phrase p 61:

Les éléments choisis pour construire le véhicule sont faits de matériaux possédant des propriétés qui leur sont propres. En fonction des contraintes de la situation, on choisit le matériau le plus approprié.

6

S6: Quel est l'impact de ces matériaux sur l'environnement?

Dernière mise à jour le 08 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
- Appréhender leur impact environnemental.
Durée
45 minutes (4 phases)
Matériel
Matériel indispensable pour mettre en place le défi :
– une table de la classe,
– une planche ou autre de 120 cm de longueur (60 cm environ de largeur),
– un mètre pour mesurer la distance parcourue.
Matériel à porter par les groupes:
Pour la réalisation des véhicules, mettre à disposition des élèves des éléments de ce type :
– un ensemble de boites de différents types (en carton, boites de conserve de différentes formes, bouteilles en plastique…),
– différents types de roues (bouchons en plastique, ronds en carton, en bois, rondelles métalliques…),
– différents types d’axes pour les roues (piques à brochettes, cylindres de bois, tiges filetées, pailles).
Informations théoriques
Pluridisplinaire TICE.
Remarques
En salle informatique.

1. Présentation de l'activité par l'enseignant

collectif | 5 min. | découverte

Vous allez effectuer une recherche sur chacun des matériaux que vous allez utiliser dans la construction de votre véhicule en indiquant s'il est plutôt bon ou plutôt mauvais pour l'environnement.

"Lisez la consigne de l'exercice n°6 p 63.

Est-ce bien clair?"

2. Recherche en groupe de 2 par équipe

binômes | 20 min. | recherche

 

Vous avez 20 minutes pour effectuer votre recherche et compléter le tableau.

Les élèves font la recherche sur le poste informatique.

3. Correction collective

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Correction par le PE.

Les élèves prennent la correction en vert.

À la fabrication    À la fin de vie de l’objet

Le papier ou le carton

  • Plutôt mauvais (déforestation, utilisation d’une grande quantité d’eau) sauf en cas d’exploitation raisonnée de la forêt
  • Plutôt bon (recyclage « facile »)

Le bois

  • Plutôt mauvais (déforestation) sauf en cas d’exploitation raisonnée de la forêt
  • Plutôt bon (recyclage « facile »)

Le plastique

  • Plutôt mauvais (extraction du pétrole polluante, transformation du pétrole en plastique polluante)
  • Plutôt mauvais (enfouissement et incinération importants, recyclage encore faible)

Prolongement : https://www.consoglobe.com/recycler-plastiques-4312-cg

Le métal

  • Plutôt mauvais (dégradation forte des sols, toxicité, dispersion des déchets dans l’environnement proche, forte consommation énergétique pour l’extraction…) Prolongement : http://ecoinfo2.ecoinfo.cnrs.fr/?p=11332
  • Plutôt mauvais (recyclage couteux en énergie)

4. Copie de la trace écrite

collectif | 10 min. | mise en commun / institutionnalisation

Lecture de la phrase p 63 et surlignage.

Trace écrite: Quand on construit un objet technique, on doit tenir compte des contraintes qui lui sont liées. On étudie aussi les propriétés des matériaux pour choisir celui qui est le plus adapté (solidité, légèreté, facilité de mise en forme) et on tient compte de son impact environnemental.

7

S7: L'évolution des objets techniques

Dernière mise à jour le 09 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
- Identifier les principales évolutions du besoin et des objets.
Durée
45 minutes (4 phases)
Matériel
Fiche d'activité
Ardoise

1. Annonce de l'objectif

individuel | 5 min. | découverte

Le PE a affiché l'image de la ROUE et de son évolution.

Répondez sur votre ardoise à ces questions:

Comment ont évolué les objets techniques au fil du temps?

Pourquoi?

Progrès techniques, inventions et innovations

Une invention permet de résoudre un problème technique grâce à la création d’une technique, d’une méthode, d’un objet technique, d’un matériau, d’un principe technique.

Exemple d’invention : la roue

Une innovation est l’adaptation d’un objet technique dans le but de le rendre plus performant. Pour cela, on utilisera un nouveau matériau, une nouvelle énergie, on fera évoluer le design, l’ergonomie, la structure.

Exemple d’innovations qui ont permis à la roue d’évoluer : La création des rayons : pour alléger la roue.

Les roulements à billes qui limitent les frottements Les pneus qui permettent une meilleure adhérence

Les progrès techniques sont l’ensemble des innovations dans les principes techniques qui permettent à une entreprise de faire évoluer ses objets techniques.

Les élèves notent leurs représentations sur ardoise.

Le PE circule dans les rangs.

2. Activité des élèves

individuel | 10 min. | recherche

Le PE distribue une fiche contenant plusieurs objets ayant évolué au fil du temps (aiguilles à coudre, couteaux, lampes) de l'ère préhistorique à l'époque moderne.

Retrouver le nom de chaque famille et remplir les pointillés.

3. Mise en commun

collectif | 15 min. | découverte

Correction collective orale et écrite par le PE.

Les élèves prennent la correction en vert.

4. Trace écrite

individuel | 15 min. | mise en commun / institutionnalisation

Copie de la trace écrite notée par le PE au tableau.

1. Besoins

Les besoins de l’homme ne cessent d’évoluer. A l’époque préhistorique, les hommes satisfaisaient surtout leurs besoins vitaux : boire, manger, dormir, se reposer, se chauffer…

Actuellement, nous sommes entourés de nombreux objets complexes, qui répondent parfois à des besoins loin d’être essentiels à la vie (gadgets, loisirs …).

2. Fonction d’usage

Tous les objets techniques ont une utilité précise destinée à satisfaire un besoin de l’homme : c’est leur fonction d’usage.

Au fil du temps et de l’évolution des sciences et techniques, les objets ont été améliorés afin de répondre de mieux en mieux à leur fonction d’usage.

3. Familles d’objets

Ce sont tous les objets qui répondent à la même fonction d’usage.

Au départ, une invention permet de résoudre un problème technique grâce à la création d’une technique, d’une méthode, d’un objet technique, d’un matériau, d’un principe technique. 

Exemple d’invention : la roue 

Une innovation est l’adaptation d’un objet technique dans le but de le rendre plus performant. Pour cela, on utilisera un nouveau matériau, une nouvelle énergie, on fera évoluer le design, l’ergonomie, la structure. 

Exemple d’innovations qui ont permis à la roue d’évoluer :

  • La création des rayons : pour alléger la roue. 
  • Les roulements à billes qui limitent les frottements Les pneus qui permettent une meilleure adhérence. 

Les progrès techniques sont l’ensemble des innovations dans les principes techniques qui permettent à une entreprise de faire évoluer ses objets techniques.

8

S8: Evaluation

Dernière mise à jour le 09 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
Cycle 3 - Programme 2016

Représenter le fonctionnement d'un objet technique.
Comprendre les notions de fonction technique, de solutions techniques.
Comparer des solutions techniques : constitutions, fonctions, organes.
Durée
60 minutes (1 phase)
Matériel
Fiche d'évaluation

1. Evaluation écrite

collectif | 60 min. | évaluation
9

S9 - S10

Dernière mise à jour le 09 mars 2018
Discipline / domaine
Sciences et technologie
Objectif
-Fabrication du véhicule sur la dernière semaine avant les vacances.
Durée
60 minutes (1 phase)

1. Phase 1

groupes de 4 | 60 min. | réinvestissement