17 Mai 2013 L'enseignement des Sciences Industrielles de l'Ingénieur et

1. 17 Mai 2013 L'enseignement des Sciences Industrielles de l'Ingénieur et la formation des ingénieurs à l'international Journées UPSTI – Arts et Métiers ParisTech G. CID

2. Sommaire: • Objectifs de l’étude • Pourquoi cette étude ? • Objectifs intermédiaires présentés aujourd’hui: « grandes lignes » • Mise en œuvre • Méthodologie • Questionnaire • Résultats • Un exemple particulier : Robotique à Austin (USA) • Conclusion

3. Objectifs de l’étude • Faire un bilan international de la formation dans nos champs disciplinaires. • Faire un bilan des formations d’ingénieurs dans les autres pays . • Pourquoi cette étude ? • - Ecoles françaises réfléchissent à une évolution (cf. M. CHAMPANEY) • Certains pays se tournent vers nous pour adopter notre formation • Chine • Ecole Centrale de Pékin • Implantation de l’Ecole des Mines à Shanghai • Algérie avec le développement des EPST • …

4. Pourquoi cette étude ? First university degree in engineering Comment apprennent-t-ils les Sciences de l’Ingénieur?

5. Pourquoi cette étude ? Comment apprennent-t-ils les Sciences de l’Ingénieur? ECPk Plutôt comme nous ?

6. Pourquoi cette étude ? Université canadienne: Les recrutés : Mathématiques 103 : Calcul différentiel Mathématiques 105 : Algèbre linéaire et géométrie vectorielle Mathématiques 203 : Calcul intégral Physique 101 : Mécanique Physique 201 : Électricité et magnétisme Physique 301 : Ondes et physique moderne Chimie 101 : Chimie générale Chimie 201 : Chimie des solutions Biologie 301 : Évolution et diversité du vivant Ou pas… ?

7. Pourquoi cette étude ? Mathématiques, Sciences de base, Sciences du génie (depuis 2010) 4 ENSEIGNEMENTS COMPLEMENTAIRES: 04- MB -3 Statique et dynamique 04- MB -4 Circuits électriques et énergie 04- MB -5 Mathématiques avancées 04- MB -6 Résistance de matériaux 04- MB -7 Mécanique des fluides 04- MB -8 Circuits logiques numériques 04- MB -9 Électromagnétisme 04- MB -10 Thermodynamique 04- MB -11 Propriétés des matériaux 04- MB -15 Dessin industriel 04- MB-16 processus de conception 04- MB -17 Mathématiques discrètes 1 ENSEIGNEMENT DE SPÉCIALITÉ: 4.1    Génie agricole / biosystèmes / alimentaire4.2    Génie biomédical/biochimique4.3    Génie du bâtiment4.4    Génie chimique4.5    Génie civil4.6    Génie informatique4.7    Génie électrique4.8    Génie physique 4.9    Génie de l'environnement 4.10  Génie forestier4.11  Génie géologique      4.12  Génie géomatique4.13  Génie industriel4.14  Génie maritime4.15  Génie mécanique…4.21  Génie structures Ou pas… ?

8. Résultats intermédiaires présentés aujourd’hui • Méthodologie • Questionnaire réalisé • Grandes lignes sur les formations d’ingénieurs dans certains pays. • En particulier : organisation des structures de formation • Rmq 1 : toutes les données n’ont pas encore été vérifiées institutionnellement. • Rmq 2 : la tentative de synthèse explique le caractère trop « général » de la • présentation des formations dans certains pays.

9. Mise en œuvre : • - Méthodologie : • Personnes contactées : liste UPSTI, amis, … • Données institutionnelles (liste non exhaustive) : • CEFI (Comité Etude Formation Ingénieur) • The Engineering Council • Conseil National des Ingénieurs et Scientifiques de France (CNISF), • Verein Deutscher Ingenieure (VDI) • Ingénieur et Scientifiques de France • The Canadian Academy of Engineering • Centre International d’Etude Pédagogique • … • Première interrogation : quel mot employer pour présenter notre discipline à l’étranger ? • mechanical engineering? • electrical engineering ? • industrial engineering ? • manufacturing engineering ? • génies ? • …

10. Mise en œuvre : • Questionnaire (avec le type de réponse espérée) PAYS : France 1- Combien d’ingénieurs sont formés par an dans le pays et par combien d’écoles ou d’universités ? Nombre d’écoles ou d’universités qui forment des ingénieurs : 250 Nombre d’ingénieurs formés/an : 35000 (avec les ingénieurs de l’université) 2- Quand et comment s’opère la formation technique pour ces futurs ingénieurs ? Pour les élèves issus de CPGE, il existe 6 grandes filières scientifiques:

11. Mise en œuvre : • Questionnaire (type de réponse espérée) PAYS : France

12. Mise en œuvre : • Questionnaire (Type de réponse espérée) PAYS : France 2.3- Quels sont les objectifs de chaque formation de ces disciplines pour les différentes filières. Dans tous les cas (les 6 filières), l'enseignement de sciences industrielles pour l’ingénieur permet d'aborder avec méthode et rigueur l'analyse de réalisations industrielles. Il renforce l'interdisciplinarité et développe des aptitudes à modéliser des systèmes industriels, à déterminer leurs grandeurs caractéristiques, à communiquer et à interpréter les résultats obtenus en vue de faire évoluer le système réel. Les systèmes choisis relèvent des grands secteurs technologiques : transport, production, bâtiment, santé, environnement ... Les concepts et outils présentés sont transposables à l'ensemble des secteurs industriels. Les finalités de cet enseignement permettent de développer les capacités à mobiliser un corpus de connaissances pour analyser et modéliser des situations concrètes, valider des performances, imaginer des solutions et communiquer des résultats. L'enseignement et l'évaluation des connaissances en sciences industrielles pour l’ingénieur reposent sur l'analyse et la critique de systèmes industriels existants. Celles-ci permettent, d'une part, d'analyser les besoins, l'architecture, l'évolution, la modélisation des réalisations existantes et, d'autre part, de concevoir des architectures définies par un cahier des charges.

13. Mise en œuvre : • Questionnaire (Type de réponse espérée) PAYS : France • 2.4- Quelles sont les compétences transmises en particulier en TP. • Cet enseignement a pour but de développer les 8 compétences suivantes chez les étudiants : • Analyser(identifier la problématique, définir les frontières, conduire l'analyse) • Concevoir • Modéliser(utiliser les outils, choisir les paramètres, apprécier les limites de validité) • Résoudre • Expérimenter(découvrir et décrire le comportement d’un système complexe, utiliser un procédé de mesure, Vérifier les performances) • Valider(apprécier la validité des résultats, prendre une décision) • Optimiser(justifier d'une optimisation, définir les objectifs, définir les contraintes) • Communiquer (Choisir l’outil de description adapté, afficher des résultats, exposer)

14. PAYS : Allemagne • 1- Combien d’ingénieurs sont formés par an dans le pays et par combien d’écoles ou d’universités ? • Deux types de formations d’ingénieurs : • les TU (universités techniques) orientées recherche ingénieurs spécialisées pour la R&D • les HS (écoles supérieures) orientées industrie (depuis 1987)  ingénieurs de terrain • Depuis processus de Bologne (LMD), Diplomingenieur: • - bachelor of engineering (6 semestres d'études) • - master (4 semestres d'études). • 2- Quand et comment s’opère la formation technique pour ces futurs ingénieurs ? • Pas de CPGE processus LMD (3 ans + 2 ans + 3 ans). • Au lycée (Gymnasium), stages en entreprise. • Cursus SI après obtention du Bac. • Attention : « Physique est plus SI que notre physique. » • 2.1- Quel est l’ordre de grandeur des flux d’élèves des différentes filières s’il y a plusieurs filières. • En 2008, 75 800 étudiants étaient inscrits en sciences de l’ingénieur.

15. PAYS : Allemagne Nombre d’étudiants en construction mécanique de 2001 à 2012 NB : un étudiant sur 5, toutes disciplines confondues, met prématurément fin à son cursus

16. PAYS : Hongrie 1- Nombre d’écoles ou d’universités qui forment des ingénieurs: 17 Nombre d’ingénieurs formés/an : 13077 sur le 42776 élèves dans l’enseignement supérieur 2- Quand et comment s’opère la formation technique pour ces futurs ingénieurs ? Pour les Universités Techniques  concours d’entrée : mathématiques physiques autres matières techniques spécialisés en fonction de filières 2.1- Les flux d’élèves des différentes filières s’il y a plusieurs filières.

17. PAYS : Hongrie 2.4- Les compétences transmises Idem que le système Français. Remarques : formation des ingénieurs en augmentation suite à décision politique : - diminuer les formations Sciences Humaines et Sociales - renforcer les formations techniques. Sources des données ; “Statistical Yearbook of Education in Hungary 2010/2011”

18. PAYS : Brésil 1- Nombre d’ingénieurs formés/an : Brésil : 40000 / an (~192 000 000 d’habitants) Ecole Polytechnique – UFRJ : 300 élèves / anPas vraiment d’écoles d’ingénieurs  universités avec son propre cursus ingénieur. 2- Quand et comment s’opère la formation technique pour ces futurs ingénieurs ? Deux ans de socle commun de connaissance en sciences de l’ingénieur. Au moment du bac, les étudiants peuvent choisir : - une filière ingénierie générale - une spécialité Ceux qui ont déjà spécialisation à l’entrée à l’université ont aussi une formation de base en ingénierie (mathématiques, physique, chimie, algèbre linéaire, informatique et des sciences de l’ingénieur). Objectif : modélisation et résolution de problèmes liés à l’ingénierie sur systèmes pluri techniques. Ce cycle dure 3 à 4 semestre suivant les universités. A la fin de ce cycle, le cycle professionnel commence et les élèves se spécialisent.

19. PAYS : Brésil Expérience pratique pas de TP mais stage en parallèle des études  projets dirigés par un tuteur. 2.3- les objectifs de chaque formation de ces disciplines pour les différentes filières. Développer les capacités professionnelles pour l’intégration et le développement de projets sur des systèmes pluri techniques. Points étudiés : - stabilité du système, - sécurité, - vérification et amélioration des performances, - réduction des coûts, pilotage et contrôle de systèmes. Les objectifs et l’enseignement peuvent changer suivant les universités Les travaux pratiques en laboratoire sont rares. 2.4- Les compétences transmises Fort bagage théorique aux étudiants Choix et l’intégration d’équipements, câblage de systèmes, connaissances des normes techniques La formation expérimentale est aussi faible.

20. PAYS : Tunisie 1- Nombre écoles qui forment des ingénieurs : 27 publiques et 4 privées Nombre ingénieurs formés/an : 4172, dont 462 en équivalence avec un diplôme étranger En cycle préparatoire : effectifs sur les 2 années du cursus : - public : 7800/an - privé : 650/an 2.1- Les flux d’élèves des différentes filières s’il y a plusieurs filières. L’intitulé « Sciences de l’Ingénieur » n’apparait qu’en classes préparatoires. Dans le secondaire, les disciplines « technologiques » ont une transversalité moindre que dans les SI. 2.3- les objectifs de chaque formation de ces disciplines pour les différentes filières. Les programmes des filières MP et PC regroupent les connaissances nécessaires à l’étude des systèmes mécaniques et à leur commande. Le programme de la filière Technologique complète le précédant avec l’outil de la construction mécanique 2.4- Les compétences transmises. Chaque division précise les compétences méthodologiques à atteindre. On retrouve les termes : identifier, modéliser, déterminer, concevoir.

21. PAYS : Tunisie Origine des données : Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

22. COUNTRY : China 1-Nombre d’écoles et d’universités : 480 universités 1 école (école Centrale Pékin (ECPk), Beihang University) Présentation du projet en août 2012 à Pékin (summer school), idem en 2013 à destination de toutes les universités de Pékin (en 2012)=> grand intérêt Nombre d’ingénieurs formés par an : - In ECPk, Number engineers / year : 100 (parmi les meilleurs au GaoKao) - In China, number engineers / year : 2 000 000 (chiffre maximum annoncé mais structure locale / internationale pas très claire) 2- Quand et comment s’opère la formation technique pour ces futurs ingénieurs ? Technical worker or Engineer (30% 600 000) : 4 hours course, 6h TP/ week Bachelor graduate (50%, 1 000 000) : 2 hours course, 4h TP/ week Master graduate (20%, 400 000) : technical training through practical train in factories (1 month in third year, 6 months in 6th year).

23. COUNTRY : China • 2.4- Les compétences transmises. • (à CentralePékin) Overall, this course aims to develop the following skills : • 1 Graphing a technical skill (necessary for the technical worker or engineer); • Communicate and validate (validate the performance of system, get the conclusion) • Modeling and optimization: • Use tool, • Create model of system, • Simulate, • Analyze, • Optimize

24. PAYS : USA 1- Nombre d’écoles qui forment des ingénieurs Nombre d’étudiants : 70 000 2.2- L’organisation des structures des différentes formations Bachelor of Science in Engineering : 4 ou 5 années d'études supérieures + Maîtrise de sciences (ou génie ) (master)  reconnu comme ingénieur avec 2 ans d'expérience. Rmq : les docteurs sont reconnus comme ingénieurs avec plusieurs années d'expérience. Études coûteuses : environ 20 000 USD / an de droits de scolarité. Caractère privé et inégal de la formation (étatique)  sponsor  culture américaine

25. PAYS : Canada 1- Nombre d’écoles qui forment des ingénieurs 40 institutions offrant 239 programmes d'ingénierie accrédités au terme de 4 ans. "Accrédités"  possibilité d'obtenir un permis d'ingénieur. Spécificité du système  : - ingénieurs doivent avoir un permis pour exercer la profession. - premier emploi au Canada pour valider le permis Rapport : LA FORMATION DES INGÉNIEURS DANS LES UNIVERSITÉS CANADIENNES RECOMMANDATION 9 : Que la conception et la didactique de chaque programme d'ingénierie soient fondées sur les applications, dans un contexte d'intégration des notions élémentaires de mathématiques, de sciences physiques, de sciences de l'ingénieur et d'analyse et de leur utilisation en modélisation, en résolution de problèmes, en optimalisation. RECOMMANDATION 17 : Que chaque programme de baccalauréat en génie permette et exige même l'acquisition d'une expérience pratique. RECOMMANDATION 18 : Que l'industrie canadienne accepte d'assumer graduellement et collectivement sur une base permanente la responsabilité de fournir aux étudiants du baccalauréat en ingénierie la possibilité d'acquérir une expérience pratique adéquate.

26. PAYS : Suisse 1- deux filières de formation  : écoles polytechniques (ETH)  sciences fondamentales hautes écoles spécialisées (HES )  sciences appliquées ETH : titre d'ingénieur à partir du Master of Sciences : 5 années après la maturité (bac+5). HES : titre d'ingénieur à partir du Bachelor of Sciences : 3 années après la maturité (bac+3). HES: entrée en école d'ingénieurs réservée aux porteurs d'une maturité professionnelle technique

27. PAYS : Suisse 2.2- L’organisation des structures des différentes formations ETH  cadence des cours compense manque connaissances techniques. Possibilité de poursuivre: - un an de post-grade 1 jour/semaine - Master of Sciences dans un domaine plus pointu (plein temps en 2 ans) Les spécialités les plus reconnues au niveau mondial sont : - la microtechnique (notamment horlogère et électronique) ; - la biochimie ; - la pharmaceutique ; - l'informatique ; - les matériaux ; - l'énergétique ; - le génie civil.

28. PAYS : Italie 1- Nombre d’écoles qui forment des ingénieurs, nombre d’ingénieurs formés/an : - écoles d'ingénieurs, plutôt dans le nord ( FIAT, etc.) - universités partout Inscription en Sciences de l’Ingénieur 35 380 (mais seulement 14 000 diplômés au final) 2.2- L’organisation des structures des différentes formations - pas de formation de type S-SI en pré-bac, - seule formation "technique" dans les lycées classiques (non techniques) : informatique - pas de formation globale en ingénierie dans les universités qui sont structurées en 3 - 5 – 8 Une seule école envisage (pas encore mis en œuvre) un tronc commun : Polytecnico de Turino. Projet : faire une formation type "SI" sur les deux premières années avec plusieurs thèmes et donc plusieurs professeurs : mécanique, électronique, automatique, … Université de Catane : 4 cours différents (Civile, Electronique, Industriel, Informatique)  PAS en commun, car chaque enseignement a son propre enseignant, son programme et sa gestion

29. PAYS : Italie Nombre de diplômés par domaines au niveau Laurea :

30. Un exemple intéressant aux USA Lieu : Austin (Texas) Niveau : Lycée , 30 élèves par classe (x 6 mais pas de même niveau scolaire ) Enseignement : Robotique 5 heures / semaine

31. Un exemple intéressant aux USA Partenaire de l’établissement : KDK Harman Foundation’s 2012 Summer STEM (Science, Technology, Engineering and Math) $ 50 000 / year Teachers will also receive Robotics Professional Development.

32. Conclusion • Ce travail fut long et difficile en dépit de nombreuses aides: • - problème de vocabulaire et de langue • - non homogénéité des parcours par pays • - complexité des systèmes éducatifs •  presque aucune réponse à la question 2.2- L’organisation des structures des différentes formations en terme de nombre d’heures de TP, de TD, de cours et de projet • (prochaine étape de ce travail) • presque aucune réponse à la question 2.4- Quelles sont les compétences transmises en particulier en TP. • Pistes : • - participer à des projets internationaux types concours, • développer olympiades (concours internationaux) pour échanger avec les autres pays. •  premiers résultats encourageants

33. Conclusion • Deux grands modèles de formation d’ingénieurs : • « à la française » • forte part de théorie • première approche transversale,  Sciences de l’Ingénieur  • seconde approche par modules plus spécialisés, projet et stages. • « à l’anglo-saxonne» • moins de théorie • pas d’approche transversale du type « Sciences de l’Ingénieur » • approche par modules spécialisés, projet (transversalité) et stages. • beaucoup expérimental • MIT : 10000 étudiants dont 20% ingénieurs à 50 000 $/an • Harvard : budget de 4 milliards de dollars (20 000 étudiants)

34. Conclusion • Deux grands modèles de formation d’ingénieurs : • Sciences de l’ingénieur: • Morcelée par département (même cours sur programme différent) • Morcelé par professeur

35. La Conférence générale, Considérant que les sciences de l’ingénieur jouent un rôle important dans la réponse aux défis complexes qui se posent à notre planète, tels que la réduction de la pauvreté, le développement durable et l’utilisation durable des ressources, en particulier dans un contexte d’urbanisation croissante et de raréfaction de l’eau, ainsi que l’atténuation des effets du changement environnemental et l’adaptation à ces effets, Se félicitant du lancement de l’Initiative de l'UNESCO pour les sciences de l'ingénieur, avec ses éléments préliminaires que sont le renforcement des sciences de l'ingénieur dans les universités, le développement des capacités en matière d’ingénierie, la formulation des politiques et la mobilisation du soutien de la société civile, visant à renforcer les sciences de l’ingénieur, en particulier dans les pays en développement et en Afrique, Invite les États membres, leurs institutions d’enseignement supérieur et leurs associations nationales d’ingénieurs, quand elles existent, à coopérer étroitement avec l’UNESCO dans le cadre de son Initiative pour les sciences de l’ingénieur.

36. Remerciements: • - Vincent Crespel pour de nombreux pays • - Jiming Ma (Enseignant de SI à Centrale Pekin) • Alexandre Bayen (Professeur, University of California, Berkeley) • Hubert Mertz (Arts et Metiers Metz) • Renan Bonnard • Kévin Thoraval • Jean Paul Kowalyk • - Matthieu Touron • - Florence Marneau • - Francois Motard • - Joel Henrion • - Pascal Hap • - Patricia Bessonnat • - Anthony Meurdefroid • - Claire Munier • Philippe Soutif • Mathieu Vigne • …