Présentation de la spécialité autour de la démarche de l'ingénieur

Meriem et Damien, enseignants en sciences de l'ingénieur, présentent la spécialité sciences de l'ingénieur et expliquent la démarche de l'ingénieur appliquée à un système réel venu du monde contemporain : les nouvelles mobilités urbaines.

Retrouvez le support de cours en PDF.

La spécialité sciences de l'ingénieur

Les sciences de l'Ingénieur consistent à mobiliser les lois et les phénomènes de la physique pour expliquer le comportement et les performances des objets. Les champs abordés en sciences de l’ingénieur recouvrent le large spectre scientifique et technologique des champs de la mécanique, de l’électricité et du signal, de l’informatique et du numérique. Les sciences de l’ingénieur s'appuient sur une démarche scientifique autour d'un produit, d'un système que l'on peut voir sous trois formes :

• un système réel matériel pour l’observation, l’expérimentation et la simulation,
• un modèle numérique multiphysique basée sur l’élaboration d’hypothèses, la modélisation et la résolution,
• ainsi qu'un cahier des charges, référence pour l’analyse critique des résultats obtenus.

Dans cette spécialité, les élèves sont conduits à mettre en œuvre une analyse critique des résultats pour s’interroger sur leur validité, pour optimiser les modèles numériques et les objets matériels afin d’obtenir les performances attendues définies par le cahier des charges.
La démarche permet ainsi de matérialiser la solution réalisable avec des outils de prototypage intégrés dans une chaîne numérique. L'objectif est de proposer des solutions innovantes, et d'apprendre à communiquer et à présenter de façon argumentée pour convaincre partenaires et décideurs. L’enseignement des sciences de l’ingénieur mobilise des supports d’enseignement empruntés au monde contemporain : 

• le rapport à l’environnement : les territoires et les produits intelligents, la mobilité des personnes et des biens,
• le rapport au vivant : l’homme assisté, réparé, augmenté,
• et le rapport aux objets : le design responsable et le prototypage de produits innovants.

Comment sécuriser l’usage d’un skateboard électrique ?

Les sciences de l'ingénieur, ca sert à trouver des solutions pour répondre à un besoin. Par exemple, la densification des métropoles et l’organisation de ces nouveaux territoires nous poussent à réfléchir sur les mobilités intra et extra-urbaines et ses infrastructures associées.

Ces nouvelles mobilités urbaines, agiles et non polluantes comme le vélo électrique, les trottinettes, les monoroues, les skates et les rollers sont de plus en plus présents et cohabitent avec les autres moyens de locomotion dans l'espace public. Vous l’avez donc compris : il est nécessaire de sécuriser l’usage de ces nouveaux engins…

► Problématique : comment modifier le système pluri-technologique « skateboard électrique » de façon à sécuriser son usage ?

Comment mettre en œuvre une démarche d’ingénierie pour résoudre la problématique ?

1. Effectuer des expériences sur le système réel pour trouver les grandeurs physiques associées à l'usage du skate, comme l'évolution de la position ou de la vitesse.
2. L’analyse de ces grandeurs physiques nous permettra d’identifier l’accélération comme étant le paramètre à maitriser.
3. Définir une accélération dite « sécurisée » pour définir la performance à respecter dans notre cahier des charges.
4. Identifier la grandeur physique à contrôler pour maitriser l’accélération.
5. Construire un modèle numérique, dit « multiphysique », basée sur la structure même du système pluri-technologique
6. Valider l’étude à l'aide d'une simulation du modèle  après analyse de l’écart entre résultats simulés et valeurs attendues dans le cahier des charges.