Sciences et technologies de l’ingénieur

Quels que soient leur nature, les besoins auxquels elles répondent et les consommateurs à qui elles sont destinées, la quasi totalité des réalisations techniques nécessite aujourd’hui :

–       la maîtrise de la matière pour créer ou modifier les structures physiques ou chimiques d’un système ;

–       la maîtrise de l’énergie disponible au sein du système et, plus globalement, dans notre espace de vie ;

–       la maîtrise des informations, globales ou locales, pour leur traitement et leur exploitation

–       la maîtrise des compétences humaines et économiques pour la réalisation du produit ou de l’ouvrage.

Les trois domaines, « matière, énergie, information » se présentent donc comme la base de toute formation technique, le facteur humain étant l’élément fédérateur incontournable pour l’ensemble des domaines. Le baccalauréat spécialité Ingénierie des systèmes motorisés s’appuie sur les deux domaines que sont le traitement du signal et de l’information, l’énergie et sa gestion, et apporte les compétences nécessaires pour aborder à un niveau supérieur la maintenance de systèmes automobiles, leur conception et leur réalisation, ainsi que l’analyse du comportement de leurs commandes respectives. La pédagogie développée s’appuie sur une démarche expérimentale permettant de faire émerger des concepts, afin de pouvoir ultérieurement intégrer, exploiter, paramétrer, régler, maintenir partiellement un système automobile.

Compétences visées

Le bachelier en spécialité Ingénierie des systèmes automobiles, doit être capable de :

–       décrire l’organisation fonctionnelle, identifier les flux d’information et d’énergie qui concourent à la réalisation de la fonction d’usage d’un système automobile ;

–       caractériser les lois de comportement d’un système automobile par mesures, essais, identification ;

–       exploiter une modélisation simple du réel, ou pour prévoir le comportement d’un système automobile représentatif des solutions actuelles courantes ;

–       associer une solution constructive, permettant d’obtenir les performances recherchées, à une fonction technique, dans le cadre de la chaîne d’énergie ou d’information ;

–       mettre en œuvre un système automobile et, le cas échéant, identifier l’élément de chaîne fonctionnelle en cause lors d’un dysfonctionnement, puis proposer des investigations complémentaires et réponses de principe afin d’y remédier.

Programmes

Présentation des programmes 

Les programmes ci-après précisent les connaissances ordonnées à acquérir. La présentation n’induit en aucun cas une chronologie d’enseignement, mais une simple mise en ordre des concepts. La colonne de gauche indique à partir de quelle classe il serait judicieux de commencer à aborder chaque contenu (ce qui n’exclut évidemment pas de poursuivre en terminale).Le degré d’approfondissement est présenté sous la forme d’une taxonomie à quatre niveaux :

1 – Niveau d’information : le contenu est relatif à l’appréhension d’une vue d’ensemble d’un sujet. Les réalités sont montrées sous certains aspects de manière partielle ou globale. Ceci peut se résumer par la formule : « l’élève en a entendu parler et sait où trouver l’information ». Il n’y pas d’évaluation envisageable à l’examen pour les savoirs situés à ce niveau d’approfondissement

2 – Niveau d’expression : le contenu est relatif à l’acquisition de moyens d’expression et de communication permettant de définir et utiliser les termes composant la discipline. Le « savoir » est maîtrisé. Ceci peut se résumer par la formule : « l’élève sait en parler ».

3 – Niveau de maîtrise des outils : le contenu est relatif à la maîtrise de procédés et d’outils d’étude ou d’action (lois, démarches, actes opératifs, …) permettant d’utiliser, de manipuler des règles, des principes ou des opérateurs techniques en vue d’un résultat à atteindre. Il s’agit de maîtriser un « savoir faire ». Ceci peut se résumer par la formule : « l’élève sait faire ».

4 – Niveau de maîtrise méthodologique : le contenu est relatif à la maîtrise d’une méthodologie d’énoncé et de résolution de problèmes en vue d’assembler et organiser les éléments d’un sujet, identifier les relations, raisonner à partir de celles-ci, décider en vue d’un but à atteindre. Il s’agit de maîtriser une démarche. Ceci peut se résumer par la formule : « l’élève maîtrise la méthode ».

Chacun de ces niveaux englobe les précédents.

Un document d’accompagnement publié par ailleurs rassemble les recommandations pédagogiques, notamment en termes méthodologique et d’organisation de l’enseignement.

Programme de Sciences physiques et chimies appliquées

Les sciences physiques et chimiques appliquées doivent fournir des outils et des connaissances leur permettant de faire face efficacement aux évolutions technologiques qu’ils rencontreront obligatoirement dans leur carrière professionnelle. L’accent doit donc être mis sur les notions pérennes et pouvant être réinvesties dans le cadre d’une formation tout au long de la vie.

Cet enseignement de sciences physiques et chimiques appliquées doit permettre d’acquérir la connaissance des lois de base physiques et chimiques, la maîtrise de modèles, une méthodologie de résolution de problèmes dans les domaines de la physique et de la chimie en lien avec les systèmes motorisés.

Il doit mettre l’accent sur l’acquisition :

–       d’une rigueur scientifique ;

–       d’un esprit critique ;

–       d’une culture scientifique ;

–       de la maîtrise de la démarche expérimentale.

La commande des systèmes continus et discontinus est la colonne vertébrale de la formation. Elaborer la commande d’un système, revient à définir l’ensemble des actions à effectuer pour obtenir des performances données d’un véhicule, d’un système pluri technologique. Il faut donc définir des critères de performance mesurables par rapport à des modèles mathématiques de comportement ou de connaissances. Il faut pour cela être capable de définir, comprendre et analyser le fonctionnement du système. Ceci peut être obtenu soit par étude théorique des lois physiques (thermique, statique et dynamique des fluides, mécanique, chimie) régissant le fonctionnement du système, soit par une approche expérimentale avec modélisation du fonctionnement, les deux approches pouvant être complémentaires. La modélisation nécessite la connaissance de quelques modèles mathématiques, ainsi que de leur domaine de validité.

En sciences appliquées, le bachelier en spécialité Ingénierie des systèmes motorisés, doit être capable de :

–       maîtriser les lois de base dans les domaines de la mécanique des fluides, de la chimie des solutions électrolytiques, de l’optique, de la conversion de l’énergie et de l’électricité ;

–       exploiter ces lois de base pour modéliser les systèmes automatiques et prévoir leur comportement ;

–       maîtriser les principes de base de la métrologie.

Commentaires méthodologiques généraux 

Pour des raisons d’efficacité pédagogique, les thèmes du programme devront être abordés par le biais d’activités pratiques : c’est par une approche concrète que les concepts accessibles pourront êtres abordés en évitant toute mathématisation excessive. Certaines parties du programme sont étroitement liées : par exemple la réalisation d’une chaîne d’instrumentation en mécanique, en chimie est l’occasion d’introduire et de mettre en œuvre des notions indiquées dans la partie électricité. L’utilisation de l’outil informatique sous ses différents aspects doit être aussi systématique que possible en travaux pratiques et dans les expériences de cours : tableurs pour les calculs et les modélisations, logiciels de traitement des signaux, logiciels de simulation, logiciels de commande de cartes d’acquisition, Les tableurs grapheurs seront utilisés pour représenter de manière graphique des résultats et pour établir des modèles à partir de résultats expérimentaux. L’utilisation des logiciels ou de maquettes de simulation doit permettre d’explorer des points difficiles à mettre en œuvre d’un point de vue expérimental ou de gagner du temps en évitant des tâches répétitives (étude de l’influence d’un paramètre). Elle ne doit en aucun cas se substituer à l’expérience.

Les différentes parties du programme seront l’occasion de faire acquérir des compétences dans le domaine de la représentation des grandeurs :

–       associer à toute grandeur son unité dans le système international d’unités ;

–       vérifier l’homogénéité des expressions dans des cas simples ;

–       définir l’unité d’une grandeur à partir de l’analyse des unités dans une expression simple (par exemple, temps caractéristique dans une équation différentielle).

et dans celui de l’écriture des résultats de calculs et de mesures :

–       encadrer une mesure obtenue avec un appareil dont la documentation technique est fournie ;

–       fournir un résultat sous forme d’encadrement dans le cas d’une série de mesures ;

–       donner un résultat avec un nombre de chiffres significatifs adapté.