Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Introduction générale

Considérée jusqu'ici comme particulièrement difficile par des générations d'étudiants et d'ingénieurs, la thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques dispose désormais d'une méthode d'apprentissage originale et extrêmement simplifiée basée sur une reconception radicale de la pédagogie de la discipline et sur deux outils faisant partie de ce que l'on appelle aujourd'hui communément les TICE (Technologies de l'Information et de la Communication pour l'Enseignement). L'une est spécifique de la discipline, le simulateur Thermoptim, tandis que l'autre est beaucoup plus générique : les modules de formation à distance sonorisés Diapason (Diaporamas Pédagogiques Animés et Sonorisés).

Thermoptim permet quant à lui de modéliser très simplement les systèmes énergétiques, tandis que les modules Diapason donnent accès à tout moment aux explications orales de l'enseignant sur des questions relatives tant à la théorie et à la technologie qu'à la mise en œuvre pratique du simulateur.

Leur utilisation conjointe permet de recourir à des approches pédagogiques qui rencontrent un grand succès auprès des élèves, alors que celles qui sont classiquement mises en œuvre sont généralement décriées.

Thermoptim et la nouvelle approche pédagogique qu'il rend possible ont progressivement diffusé dans l'enseignement supérieur, en France et dans le monde, de telle sorte qu'on a pu estimer qu'en 2008, plus de 120 établissements et plus de 7 000 élèves l'ont utilisé, pour un total d'environ 57 000 heures-élèves. Il peut être employé aussi bien en formation initiale qu'en formation continue par des ingénieurs en activité désireux d'actualiser leurs connaissances sur les systèmes énergétiques classiques ou innovants, notamment à faible impact environnemental.

L'intérêt qu'il a suscité au cours des années a justifié la mise au point de nombreuses ressources numériques y faisant appel, qui sont aujourd'hui rassemblées dans ce portail.

Sur la base des retours d'utilisation des élèves qui ont travaillé avec cette méthode, il est apparu souhaitable de graduer la progression en trois grandes étapes :

  1. l'acquisition des concepts et des outils, consacrée aux rappels de thermodynamique, à l'étude des cycles de base, à la découverte des technologies mises en œuvre et à l'apprentissage de Thermoptim ;

  2. la consolidation des notions vues lors de la première étape, avec quelques compléments théoriques comme par exemple sur l'exergie et les échangeurs, l'étude des variantes des cycles de base, des cycles combinés et de la cogénération ;

  3. les approfondissements et la mise en application personnelle, donnant lieu à l'étude de cycles novateurs et/ou plus complexes que les précédents ainsi qu'à des réflexions sur les perspectives technologiques, à l'occasion de mini-projets menés seuls ou en groupes.

Les deux premières étapes sont en quelque sorte standard : elles permettent à un élève d'acquérir, dans le cadre d'un parcours très balisé, les bases de la discipline. Elles sont essentiellement constituées de séances Diapason qui le guident pas à pas dans les premières leçons, d'une part en lui présentant les technologies et un minimum de théorie, et d'autre part en lui expliquant comment mettre en œuvre le simulateur pour étudier les cycles de base.

Au fur et à mesure que sa culture du domaine et sa compréhension de la discipline se développent, l'élève gagne en autonomie et peut utiliser des ressources numériques complémentaires de Thermoptim et des modules Diapason, comme les fiches thématiques de composants et systèmes et les fiches-guides de TD, ainsi que de nombreux exercices. Au cours de la troisième étape, il peut vraiment personnaliser son cursus en fonction de ses centres d'intérêt et de ses aspirations.

Objectif du guide d'usages

Ce guide d'usages pédagogiques a pour objectif d'expliquer comment ces ressources peuvent être utilisées dans l'enseignement. Il est divisé en quatre grandes parties, et complété par des annexes.

La première présente la problématique pédagogique et les ressources développées.

Les trois suivantes fournissent des illustrations concrètes d'activités pédagogiques les utilisant, chacune étant dédiée à l'une des trois grandes étapes mentionnées ci-dessus.

En annexe nous fournissons un certain nombre de compléments qui peuvent présenter de l'intérêt dans ce contexte.

Les principales références, valables pour l'ensemble du document, sont données ci-dessous.

Références

[1] GICQUEL, R. Systèmes Energétiques, tome 1 : méthodologie d'analyse, bases de thermodynamique, Thermoptim, Presses de l'Ecole des Mines de Paris, janvier 2009.

[2] GICQUEL, R. Systèmes Energétiques, tome 2 : Applications, Presses de l'Ecole des Mines de Paris, janvier 2009.

[3] GICQUEL, R. Systèmes Energétiques, tome 3 : cycles et modélisations avancés, systèmes innovants a faible impact environnemental, Presses de l'Ecole des Mines de Paris, janvier 2009.

[4] GICQUEL, R. Utilisation pédagogique des simulateurs : Volet 1 : éclairages de la didactique, Bulletin de l'Union des Professeurs de Physique-Chimie, n° 868, novembre 2004.

[5] GICQUEL, R. Utilisation pédagogique des simulateurs : Volet 2 : application à l'enseignement de la thermodynamique, Bulletin de l'Union des Professeurs de Physique-Chimie, n° 869, décembre 2004.

[6] SWELLER, J. Cognitive technology: Some procedures for facilitating learning and problem solving in mathematics and science. Journal of Educational Psychology, 81 (4), 457-466, 1989.

[7] GICQUEL, R. Le progiciel Thermoptim, une boîte à outils pour l'énergétique, Techniques de l'Ingénieur, Génie Energétique, BE 8047, 2009.

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