Quand tu construis une base en Minecraft, que tu plies une boîte de pizza ou que tu regardes le plan d’un objet, tu passes sans arrêt du volume (l’objet en 3D) à des dessins à plat (en 2D). Ce chapitre t’apprend à décrire les solides comme le cube et le pavé droit, à les voir sous trois angles avec les vues, à compter les cubes d’un assemblage, et à reconnaître leur patron.
Mes objectifs
À la fin de ce chapitre, je sais :
- nommer un cube et un pavé droit, et compter leurs faces, arêtes et sommets ;
- lire et dessiner les vues de face, de profil et de dessus d’un assemblage de cubes ;
- dénombrer les cubes d’une construction à partir de ses vues ;
- reconnaître et tracer un patron du cube et du pavé droit.
À quoi ça sert ?
Tu t’en sers déjà sans le savoir. Quand tu poses des blocs en Minecraft ou que tu fais tourner ta vue pour vérifier ta construction « par-dessus », tu utilises les vues. Quand tu déplies une boîte de pizza ou une boîte de sneakers pour la mettre au recyclage, tu obtiens un patron. Et quand tu lis sur ton smartphone que tu as encore 32 Go de libre, tu manipules une idée d’espace. Apprendre à passer de la 3D au dessin à plat, c’est apprendre à lire les plans de tout ce qui t’entoure.
Solide, face, arête, sommet
Un solide est un objet qui occupe de la place dans l’espace (en 3D). Sur sa surface, on distingue :
- les faces : les surfaces planes qui le délimitent ;
- les arêtes : les segments où deux faces se rejoignent ;
- les sommets : les points où plusieurs arêtes se rejoignent (les « coins »).
Une face est une surface (2D), une arête est une ligne (1D), un sommet est un point.
Le cube
Un cube est un solide dont toutes les faces sont des carrés identiques. Comme un dé ou un bloc de Minecraft, il possède :
- 6 faces (toutes des carrés de même taille) ;
- 12 arêtes (toutes de même longueur) ;
- 8 sommets.
Toutes les arêtes d’un cube ont la même longueur : c’est l’arête du cube.
Le pavé droit (ou parallélépipède rectangle)
Un pavé droit est un solide dont toutes les faces sont des rectangles. Une boîte à chaussures de sneakers, une brique de jus ou un smartphone en sont des exemples. Il possède :
- 6 faces (des rectangles, opposés deux à deux et identiques) ;
- 12 arêtes ;
- 8 sommets.
Un pavé droit possède trois dimensions : sa longueur, sa largeur et sa hauteur. Un cube est un cas particulier de pavé droit : c’est un pavé dont les trois dimensions sont égales.
Compter sans rien oublier : 6 - 12 - 8
Pour le cube et le pavé droit, retiens le trio 6−12−8 :
- 6 faces (le dessus et le dessous, l’avant et l’arrière, la gauche et la droite : 3 paires) ;
- 12 arêtes ;
- 8 sommets (les 8 coins).
Astuce pour les arêtes : il y a 4 arêtes « en bas », 4 « en haut » et 4 « verticales » qui relient les deux, soit 4+4+4=12.
La perspective cavalière
Sur une feuille, on dessine un solide en perspective cavalière pour donner l’impression du relief :
- la face avant se dessine en vraie grandeur (un carré reste un carré) ;
- les arêtes qui fuient vers l’arrière sont tracées en oblique et parallèles entre elles ;
- les arêtes cachées (celles qu’on ne verrait pas en vrai) se tracent en pointillés.
C’est une vue « en biais », pratique pour dessiner, mais qui déforme un peu : on ne peut pas y mesurer toutes les longueurs directement.
Les trois vues : face, profil, dessus
Pour décrire un solide ou un assemblage de cubes sans déformation, on le regarde sous trois angles et on dessine ce que l’on voit à plat :
- la vue de face : on regarde l’objet droit devant soi ;
- la vue de profil (ou de côté) : on regarde l’objet par le côté ;
- la vue de dessus : on regarde l’objet par le haut, comme un drone au-dessus de ta construction.
Chaque vue est un dessin à plat (2D) : c’est le passage de la 3D vers la 2D.
Dessiner la vue de dessus d'un assemblage de cubes
La vue de dessus indique, pour chaque emplacement du sol, s’il y a au moins un cube empilé à cet endroit (on regarde « d’en haut »).
- Imagine que tu survoles la construction comme un drone, bien à la verticale.
- Quadrille le sol en cases (une case = une colonne de cubes).
- Colorie une case dès qu’il y a au moins un cube dessus, peu importe la hauteur de la pile.
- Laisse la case vide s’il n’y a aucun cube à cet endroit.
La vue de dessus ne dit pas combien de cubes sont empilés : elle dit seulement où il y en a.
Vue de dessus d'un assemblage en forme de L
On pose 4 cubes sur le sol, sans empilement, en forme de L : 3 cubes alignés en bas, et 1 cube posé au-dessus du cube de gauche (toujours sur le sol).
Vue de dessus (les cases pleines sont marquées par un ■, les cases vides par un point) :
■■⋅■⋅■
On lit bien 4 cases pleines, donc 4 cubes au sol, disposés en L.
Compter les cubes à partir des vues
Pour retrouver le nombre de cubes d’une construction (style Minecraft) à partir de ses vues :
- La vue de dessus donne le nombre de colonnes (les cases occupées au sol).
- La vue de face et la vue de profil donnent la hauteur de chaque colonne (combien de cubes sont empilés).
- On additionne le nombre de cubes de chaque colonne.
Attention : plusieurs constructions différentes peuvent parfois donner les mêmes vues. Les vues décrivent ce que l’on voit, pas toujours l’intérieur.
Le patron d'un solide
Un patron d’un solide est une figure à plat (en 2D) qui, une fois découpée puis pliée le long des arêtes, permet de reconstruire le solide sans trou ni chevauchement. C’est exactement ce que tu obtiens en dépliant une boîte en carton.
Le patron du cube
Le patron d’un cube est formé de 6 carrés identiques reliés par leurs côtés.
Le plus connu a la forme d’une croix : une bande de 4 carrés, plus 1 carré au-dessus et 1 carré en dessous de la bande.
Il existe en tout onze patrons différents du cube (onze façons de disposer les 6 carrés). Mais toutes les dispositions de 6 carrés ne marchent pas : il faut que, une fois plié, chaque face tombe à sa place.
Le patron du pavé droit
Le patron d’un pavé droit est formé de 6 rectangles, identiques deux à deux (les faces opposées ont les mêmes dimensions). Comme pour le cube, on peut le disposer en croix : une bande de 4 rectangles qui fait le tour, plus le dessus et le dessous.
Quand on découpe une boîte de sneakers à plat, on obtient un patron de pavé droit.
Vérifier qu'un dessin est bien un patron
Avant de te lancer, vérifie ces trois points :
- le bon nombre de faces (6 carrés pour un cube, 6 rectangles pour un pavé) ;
- les bonnes formes et les bonnes dimensions (faces opposées identiques) ;
- en pliant mentalement, aucune face ne se chevauche et il ne reste aucun trou.
Le meilleur réflexe en cas de doute : plie-le pour de vrai en imagination, face par face, et regarde si le solide se referme.
Les pièges à éviter
- Confondre face, arête et sommet. Faux : « un cube a 6 arêtes ». Vrai : un cube a 6 faces, mais 12 arêtes et 8 sommets. Une face est une surface, une arête est un segment, un sommet est un point.
- Croire que la vue de dessus donne le nombre de cubes. Faux : « 4 cases coloriées, donc 4 cubes ». Vrai : la vue de dessus dit seulement où il y a des cubes ; pour la hauteur des piles, il faut la vue de face ou de profil.
- Penser que toute figure de 6 carrés est un patron du cube. Faux : « 6 carrés collés, donc c’est forcément un patron ». Vrai : seules onze dispositions des 6 carrés se replient correctement en cube ; les autres se chevauchent ou laissent un trou.
- Oublier que le cube est un pavé droit. Faux : « un cube n’est pas un pavé ». Vrai : un cube est un pavé droit particulier dont les trois dimensions sont égales.