Les ingénieurs imaginent et mettent en œuvre des solutions innovantes pour répondre aux besoins des personnes, avec l’ambition de rendre accessible à tous les progrès qu’apportent quotidiennement les sciences et les technologies.
Les enjeux de société sont considérables et se situent à la conjonction d’évolutions rapides et inédites. Par exemple, la transformation et la consommation d’énergie, qui ne font qu’augmenter, s’accompagnent de fortes contraintes de préservation de l’environnement. La densification des métropoles interroge aussi profondément l’organisation de ces nouveaux territoires, notamment la mobilité intra et extra urbaine et l’ensemble des infrastructures associées. Ces évolutions, parmi les plus importantes, imposent d’imaginer des solutions alternatives à celles existantes.
De façon concomitante, la révolution numérique bouleverse les rapports entre les personnes et leur environnement, entre les êtres humains et les machines. Elle modifie également la relation entre les machines elles-mêmes, capables d’échanger de façon autonome des quantités considérables d’informations en communiquant via ce que l’on nomme l’internet des objets. Grâce au déploiement et à la puissance des réseaux de communication, chacun accède rapidement à de multiples services en réponse à ses besoins, le bénéfice de l’usage l’emportant sur la possession des objets. Cette nouvelle culture du partage développe des valeurs de solidarité et est l’expression d’une attention portée à la qualité de l’environnement qui sera laissée aux prochaines générations.
Les ingénieurs, au terme de leur formation, sont capables d’imaginer des solutions innovantes qui ne se limitent pas à la conception des objets réduits à la seule dimension matérielle. Ils proposent des solutions qui associent les dimensions matérielles et numériques, intégrées et complémentaires, non plus pensées successivement et séparément mais de façon simultanée.
Les sciences de l’ingénieur s’intéressent aux objets et aux systèmes artificiels, appelés de façon plus générique « produits ». Cette appellation de « produit » réunit sous un même terme l’objet matériel et son jumeau numérique. Il intègre le programme informatique utile à son fonctionnement et, lorsqu’elle est nécessaire, l’interface homme-machine connectée à un réseau de communication. Ces produits, supports d’activités des élèves au cycle terminal du lycée, répondent à des besoins et définissent des usages. Leurs définitions permettent de qualifier et de quantifier les performances du service attendu.
Ces solutions s’inscrivent dans un contexte fortement contraint par les enjeux sociaux, sociétaux et environnementaux, par la prise de décisions éthiques et responsables.
Avec la contribution des autres enseignements scientifiques, l’objectif de l’enseignement de spécialité de sciences de l’ingénieur du cycle terminal du lycée est de faire acquérir des compétences fondamentales qui permettent aux élèves de poursuivre vers les qualifications d’ingénieur dont notre pays a besoin.
Comme tous les enseignements, cette spécialité contribue au développement des compétences orales à travers notamment la pratique de l’argumentation. Celle-ci conduit à préciser sa pensée et à expliciter son raisonnement de manière à convaincre. Elle permet à chacun de faire évoluer sa pensée, jusqu’à la remettre en cause si nécessaire, pour accéder progressivement à la vérité par la preuve. Si ces considérations sont valables pour tous les élèves, elles prennent un relief particulier pour ceux qui choisiront de poursuivre cet enseignement de spécialité en terminale et qui ont à préparer l’épreuve orale terminale du baccalauréat. Il convient que les travaux proposés aux élèves y contribuent dès la classe de première.

Une démarche scientifique affirmée

L’approche en sciences de l’ingénieur mobilise une démarche scientifique reposant sur l’observation, l’élaboration d’hypothèses, la modélisation, la simulation et l’expérimentation matérielle ou virtuelle ainsi que l’analyse critique des résultats obtenus. Il s’agit de comprendre et de décrire les phénomènes mis en œuvre et les lois de comportement associées, pour qualifier et quantifier les performances du produit afin de vérifier si le besoin initialement défini est satisfait.

Les enseignements du cycle terminal installent progressivement la démarche de l‘ingénieur qui consiste à comparer les différentes performances du cahier des charges avec celles mesurées ou simulées. 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.
 

Un enseignement scientifique ambitieux pour préparer à l’enseignement supérieur

La contribution des STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) permet une appropriation des concepts scientifiques et technologiques par l’interdisciplinarité.

L’enseignement de sciences de l’ingénieur intègre des contenus propres aux sciences physiques. De plus, en classe terminale, les élèves ayant choisi l’enseignement de spécialité sciences de l’ingénieur bénéficient de deux heures de sciences physiques enseignées par un professeur de physique-chimie. Ces deux heures sont dédiées aux aspects fondamentaux de sciences physiques.

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 simulations multi-physiques sont largement exploitées pour appréhender les performances des produits en établissant des liens entre ces différents champs.

Ainsi, les élèves qui choisissent l’enseignement de spécialité sciences de l’ingénieur en classe terminale développent les compétences attendues pour une orientation vers l’enseignement supérieur scientifique.

Des projets innovants mobilisant une approche design

La conduite de projet est inhérente à l’activité des ingénieurs, elle est menée en équipe et nécessite de mettre en place des stratégies d’ingénierie collaborative.

L’approche design induit l’innovation et questionne les fonctionnalités et les formes d’un produit en lien avec ses usages dans des environnements les plus divers. Elle exploite les possibilités offertes par les technologies du numérique. Les ingénieurs sont alors créateurs d’une réalité virtuelle et matérielle. Ces deux réalités s’enrichissent mutuellement en mobilisant le concept de jumeau numérique.

Au cours de la classe de première, un projet de 12 heures mené en équipe permet aux élèves d’imaginer et de matérialiser tout ou partie d’une solution originale. Ce projet peut être commun à toutes les équipes d’une même classe ou d’un établissement sous la forme d’un défi.

En classe terminale, un projet de 48 heures conduit en équipe est proposé à tous les élèves. L’objectif est d’imaginer tout ou partie d’un produit, développé sous forme de réalisations numérique et matérielle en vue de répondre à un besoin et d’obtenir des performances clairement définies. Ces réalisations matérialisent tout ou partie d’une solutionimaginée associée à un modèle numérique. Elles permettent de simuler et de mesurer expérimentalement des performances et de les valider. Une partie de programmation est nécessairement associée au projet. Elle peut prendre la forme d’une application qui installe le produit dans un environnement communicant.

Parmi les productions attendues, chaque équipe rédige obligatoirement une note interdisciplinaire. Limitée à quelques pages, cette note développe un point des programmes du cycle terminal d’enseignement de sciences physiques et de l’autre enseignement de spécialité, en montrant comment les notions liées à ces disciplines sont mobilisées dans le projet.

Ce projet sert de support aux élèves qui choisissent les sciences de l’ingénieur pour soutenir l’épreuve orale terminale.

Pour mener à bien ce projet, les élèves disposent d’outils de prototypage accessibles dans des laboratoires de type laboratoire de fabrication (ou Fablab, espace partagé d’échanges, de recherche et de fabrication, doté d’outils numériques et technologiques), mettant à disposition l’ensemble des ressources matérielles et numériques nécessaires.

Un enseignement contextualisé dans de grandes thématiques

L’enseignement de sciences de l’ingénieur mobilise des supports d’enseignement empruntés au monde contemporain.

Les thématiques proposées ne sont pas exhaustives. Elles sont représentatives de problématiques actuelles et permettent d’illustrer les enseignements dans toutes leurs modalités pédagogiques : cours, activités dirigées, activités pratiques et projets.

• Les territoires et les produits intelligents, la mobilité des personnes et des biens :

  • les structures et les enveloppes ;

  • les réseaux de communication et d’énergie ;

  • les objets connectés, l’internet des objets ;

  • les mobilités des personnes et des biens.

• L’homme assisté, réparé, augmenté :

  • les produits d’assistance pour la santé et la sécurité ;

  • l’aide et la compensation du handicap ;

  • l’augmentation des performances du corps humain.

• Le design responsable et le prototypage de produits innovants :

  • l’ingénierie design de produits innovants ;

  • le prototypage d’une solution imaginée en réalité matérielle ou virtuelle ;

  • les applications numériques nomades.