Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Quelle est la place des Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Sciences Industrielles Formation scientifique et activité scientifique dans la formation scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation dispensée en CPGE ? Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI • qui sommes nous ? • qu’y faisons nous ? La place des SI en CPGE DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -1 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème 1. Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Remise en cause implicite de la discipline en CPGE, notamment en MP et PSI. Comment cohabiter avec les autres disciplines ? 2. Participation à un groupe de réflexion et de formation sur les TPE Nous sommes au cœur du problème d’interdisciplinarité Comment aborder un problème à plusieurs disciplines ? Démarche scientifique et activité de modélisation Identité • à définir Les modèles scientifiques • à affirmer La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -2 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Rôle de la science Origine de la réflexion Monde réel complexe Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques Monde intelligible, à notre portée Appréhender le monde c’est : • Etudier son comportement * caractériser les objets qui nous entourent * trouver des relations de causalité pour : prévoir les effets futurs des causes présentes • Influer sur ce comportement agir sur les causes pour : provoquer les effets souhaités Améliorer notre condition (maîtrise pouvoir) La science a donc un double rôle : Expliciter La démarche scientifique en SI Sciences physiques/Chimie La place des SI en CPGE Agir Sciences de l’ingénieur Mathématiques DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -3 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Notre nature est fondamentalement interdisciplinaire D’un point de vue scientifique nous formons un trio inséparable Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Sciences industrielles Sciences physiques Formation scientifique Mathématiques Il reste à nous situer : Quelle est notre contribution propre ? Démarche scientifique et activité de modélisation Place d’autant plus difficile à trouver que les disciplines sont imbriquées Les modèles scientifiques Sciences physiques industrielles Mathématiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -4 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité vers une vue globale de la science Les bases de la formation Démarche scientifique Voir : Annexe-L’enseignement des sciences au lycée. BO n° 2 HS du 30/08/01 résolution de problèmes scientifiques Interdisciplinarité et enseignement scientifique Démarche scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques s’appuie sur des temps information énergie force flux masse … La démarche scientifique en SI Concepts réduire le réel Modèles Donner à voir les concepts Fonction organisatrice et structurante Manipuler les concepts L’activité de modélisation est sous tendue par les concepts mis en jeu La place des SI en CPGE DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -5 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème L’activité scientifique • des scientifiques : - élaboration d’une théorie (concepts, modélisations, lois, …) - mise à l’épreuve et validation expérimentale de la théorie Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique - acceptation par la communauté scientifique • enseignée : - utilisation d’une théorie admise et éprouvée - choix et mise en œuvre d’une modélisation en rapport avec : * la classe de problèmes du problème traité Démarche scientifique et activité de modélisation * les connaissances des élèves concernés - construction d’un modèle adapté au contexte du problème Les modèles scientifiques (voir à ce sujet la notion de particularisation développée par Y. Cartonnet lors des journées de l’UPSTI 2002) La démarche scientifique en SI La notion d’adaptation inclus celle d’hypothèses - prévision de la solution du problème traité (solution calculée) La place des SI en CPGE - en cas de doute, validation du modèle (de la particularisation) DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -6 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Problème scientifique Aspect scientifique du problème Problème et démarche scientifiques sont très liés et même si une question est posée au départ, le problème se construit avec la démarche par un va et vient permanent entre questions et réponses possibles Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques Le caractère essentiel de la démarche scientifique est l’utilisation de modèles Le but d’un modèle est double : 1. Décrire scientifiquement le problème traité dans un cadre conceptuel • définir les caractères pertinents du problème (quantifiables si possible et mesurables) • associer à ces caractéristiques des entités mathématiques représentatives (géométriques, scalaires, vecteurs, tenseurs, … ) 2. La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE Démarche scientifique Expliciter les relations de causalité entre les caractéristiques du problème associer à ces relations des fonctions mathématiques plus ou moins explicites lois de comportement Henri Poincaré disait : « une collection de faits n’est pas plus une science qu’un tas de briques n’est une maison » DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -7 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE • généraliser, créer une classe de problèmes La force d’un modèle = capacité à • fédérer le plus grand nombre de problèmes dans cette classe Exemple : la classe des systèmes à 4 barres qui représente des systèmes différents, comme : - le système d’ouverture à vantaux - la suspension arrière de moto BMW Le modèle joue plusieurs rôles, il permet de : • décrire, expliquer (c’est son rôle le plus reconnu) • situer un problème spécifique dans un cadre plus général • prévoir la solution du problème (c’est son rôle le plus important dans la démarche scientifique) On peut distinguer deux grands types de modèles : • les modèles symboliques (représentation imagée) attachés à la structure matérielle du système ils décrivent les éléments et leurs relations dans l’espace et le temps (vision mécaniste) Exemples : schémas cinématiques, électriques, etc … • les modèles formels attachés à la structure fonctionnelle du système ils gagnent en généralité et permettent de fédérer des types de problèmes très nombreux Exemples : schémas blocs, diagramme FAST, etc … DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -8 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion La conception puis la réalisation de produits Aspect scientifique du problème à partir d’un besoin exprimé, fait intervenir de nombreuses disciplines Interdisciplinarité et enseignement scientifique et une démarche de projet qui en font un processus complexe. Formation scientifique et activité scientifique Si on essaye de situer les Sciences industrielles Démarche scientifique et activité de modélisation dans leur contexte plus restreint et notre contribution propre Les modèles scientifiques dans la formation scientifique des CPGE, La démarche scientifique en SI on peut représenter notre démarche générale par La place des SI en CPGE la représentation suivante : DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -9 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Origine de la réflexion État initial du Traitement du problème État final du problème mathématique de Mathématique Aspect scientifique du problème Paramètres = Entités mathématiques associées Interdisciplinarité et enseignement scientifique État initial du Traitement du problème État final du phénomène physique mis physique de Physique en jeu étudié Démarche scientifique et activité de modélisation Valeurs fonctionnelles ÉCART DU MODÈLE (Qualité prévue) Valeurs calculées MODÈLE DE L’ÉCART RÉEL (Qualité objective) Critères d’appréciation Les modèles scientifiques La place des SI en CPGE Interprétation des grandeurs physiques obtenues Grandeurs physiques Formation scientifique et activité scientifique La démarche scientifique en SI État final des paramètres Performances prévues Maquette numérique Modélisation Cahier des Conception Solution Besoin Charges constructive Fonctionnel imaginée Validation Valeurs mesurées Performances réelles Solution Production Solution constructive validée réalisée Prestations attendues Prestations réalisées ÉCART RÉEL (Qualité perçue) DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -10 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Notre identité se situe dans : Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE • le passage : Besoin ¢ Cd. CF • le passage : Fonctions ¢ Critères d’appréciation ¢ valeurs fonctionnelles • la phase de conception (art de concevoir ¢ culture des solutions) • la définition du problème physique associé à l’objectif de validation de la solution imaginée (modélisée) • la traduction des valeurs calculées en performances prévues de la solution imaginée • la phase de production • le passage - des performances réelles aux valeurs mesurées ¢ dépendent des : concepts du modèle utilisé principes de mesure (matériels disponibles) procédures et protocoles mis en œuvre • estimation de l’écart réel/modèle de l’écart réel ¢ qualité perçue/qualité objective • analyse de l’écart entre valeurs calculées / valeurs mesurées ¢ droit de regard sur le modèle de la physique (spécifique ? au SI) DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -11 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Ce qui est fait en CPGE : Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation • lecture du cahier des charges fonctionnel • définition du problème de physique et choix d’une modélisation • traitement du problème de physique : ¢ valeurs calculées • interprétation des valeurs calculées ¢ performances prévues • analyse de l’écart performances prévues / Cd. CF • interprétation performances réelles ¢ valeurs mesurées • analyse de l’écart valeurs mesurées / valeurs calculées (objectif = écart nul) ¢ validation : Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE ¢ analytique ¢ informatique (simulation) - du choix du modèle de calcul - du choix du principe et protocole de mesure • validation écart réel (solution réalisée/besoin) Ceci à des niveaux d’analyse différents suivant la complexité du problème. Le but des Sciences de l’ingénieur étant de donner les capacités et les outils pour maîtriser la complexité industrielle. DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -12 -

Les Sciences Industrielles en CPGE Conclusions Origine de la réflexion Aspect scientifique du problème Les mots clés des activités propres aux Sciences industrielles en CPGE sont : • modélisation ¢ analyse du rapport au réel • simulation informatique ¢ valeurs calculées Interdisciplinarité et enseignement scientifique Formation scientifique et activité scientifique Démarche scientifique et activité de modélisation Les modèles scientifiques La démarche scientifique en SI La place des SI en CPGE • valeurs mesurées sur les système réel • analyse, comparaison solutions réalisées / Cd. CF Notre contribution propre à la formation scientifique en CPGE s’exprime essentiellement au laboratoire au cours des séances de Travaux Pratiques. Les compétences qu’on y développe sont indispensables à la formation des futurs ingénieurs et à notre identité. Passer à coté de l’enjeu des TP c’est prendre le risque de ne plus être identifié comme une discipline nécessaire à la formation scientifique en CPGE. DIJON Daniel FORT Journée de rencontre académique en SI-CPGE -13 -