LES FONCTIONS DE LA SIMULATION DANS
LES SCIENCES ET LES TECHNIQUES
Présentation de la deuxième séance plénière
Alain TEXIER. CNDP Paris
Gérald GOY, Observatoire de Genève et LDES.
Président
Ld Sllnulatlùn se laiSSe dlfflcllernent enferme," dan;; une deflnltlon: de/Tlto-re Ce tt:'III"it'UIIpeu fluu st:'càclk unt' dlversltt- de SI~lrl1flcdtlUlb 11t't:'s a un enst-r(lble de COIKt'pts
et
de prdtlqut'S, ce QUI Ik faCilite pas la cUrnmUI"llcatlùn SUI' It' SUjet S'il est vrai Que l'urdlnateur a Ilttéralt:'n',ent fait exploser lb appllcatluns de la slmulàt!on dàllS dt- tl'es nûmbreux durnalnt-s, cful1t- rnanlèrt:' souvent spectaculaire, Ct'ile-c 1 ne dûlt pas êtrt-cullfundut- avt:'c l'uutll inforrnatlQueet
nûus devûns gardera
I"esprlt Que les alKlens l'ont pratiQuée avant la lettre: les &Cliltectes sumt-rlens (2000 ans avant './C) étudiaient, dit-on, leurs prolets d'lIiïgation sur des n1ûdeles reduits dies rnilit,mes de l'Ernpire s'entraînaient a la tdctlQUe avec des sodats de plürllb dans ce qu'il's appelaient des "b,KSa
sable"( Ce qui PI"eflguralt It-s Jeux de sllliulation)Il
en va de mêrne des SCientifiques curnnle Borelll,au XVllèrne slecle,qui expliquait le fonctJûnnernent du rnuscle a "aide de lûsanges de bOIS articules, ou COlillne Vaucansun,au XVlllenH,' slecle, dont le fameux canard dlgéreur, d'ailleurs, ne dlgeralt lien du tuut parce Qu'un rnodèle mecanique est IInproprea
rendre cûrnpte des aspects cfllmlque':. d'un pl'Ienornene Plus près de nous, depUIS le début du XXérlie slecle, des strllulatJons sur modèles redults aident les Ingenieursdresuudre des problernt's hydraudynarnlque:. (es':.als de Cdr-enes en bas;lfls) ou aerûuyl'lallllQLleS (maquettes en sûufflerle), SI cornplexes que les Illetilodt'; analytlqub tradltlünlielles etaient ,rnpulssantes a les traiter
DE LABSTRACTIOr~ A L'OUTIL
O&IS le 1I1È'lfie un1re d'idées nldlS plus génèrdlell"lt'r1t elKClre, un prix r-.lutlel, le pr"uresseullhlllûd, avait dèJa souligné le rô)t' t:.sentiel de la slmulatlun dans l'activité du cer'veau l'Iulfldln(J)" C'r?S! dd/13 -"d c.J/l,)otr? dt: /-t'lIl'e'St'/I!Jt/{)!I J{):jt/',}/!c' c'! (J't' lI/t'vIS/olJ c'1,3ctc'c'O/I///Y))c't'jJ,3/" /t'IPt'I'Ic'IiU ,',)/}(Y'c'te' que'
II?
Jh/UVO/F de' s/mu!dt/o/I du sJ's!èJlt' 1It'f'U?u\ ('c'/It/"J/âlc'_7Ih)~ ,]I}('d!f't'S J de' J'(l(/.,,'5c' .IU5ljUJ
!titdt dr/t'iii! Pd/' HO/l/o .'JJpit'/)::' Dans Ct' sens, la slfllulatlun est consldért'e cornrne une attltul1e tres generale et IIY:,ePàl"2ible d'une dutre activité: la rnodélisatlOI\ t1'lese reprise pdr les speCialistes de l'IntelllgelKe artifiCielle pour defllllr ce QUlls apPt:'lIent un "sy'sterlle InteIIIClént"(2)Il ne faut pas pÛllr autant Ignorer l'aspect "matériel" ,je la slrnulation Le professéul Fel'lIktil Wllson,un autre prix l-.lobt' 1, soullgrle quant a lUI l'lInpurtance de la slrl"lulatlon
a
un niveau [,eaucoup plu:. concret: la slnlulatlun SUI IJluS c,rdlnateur est pour lUI un outil Incllspensatile il la prugresslclIl Ut: la l'ecllt'rll"le sCientifique et des tecl"lno!l)9'es de püll"ite Il est Cu/walIICU que· Id S//I/u!dt/('!I liumt!oqut' t'St u/it' !'t:'vo!u!/('/) ,'(i/II/MI",3!I!tBREF APERCU DE LA 511 lULAT1or~ EN EDUCATION
Parlânt de l'éducatlorl sCientifique, K Wilson regrtotte qUt les U11lVersltés (a,nérlcâlnes) aient longtemps dédaigné, dal'.s les annets 1960-70, CtS méthodes "qu/ ddourII31t!nt It!s bOllS dtud/iJflt:i ut!S bOflllt!:i t/leW'It!:;
alldlytit/Ut!.::f (3), ralentissant ainsi la formation de scientifiques aptes
a
appliquer ces nouvelles métl)odesEn Europe, depuIs les années 1970, des équipes d'enseignants
universitaires (4) plaident pour une rénovatIOn de l'enseignement
sCientifique et defendent l'idée que la simulation, Intelligemment
exploltee, peut être un facteur important de cette rénovat ion, notanillknt en plaçant l'étudIant en Situation active d'apprentissage;" Tout COIl/IJlt! le.
It'C/lt!lâl& SOé'lltlflqUt! propr&/Ilt!nt d/té', œt t?llst?lyflt?lJJellt sel'dIt base 5UI dt'u'r aj.1plvcllé's complt:'lJ7l:'nt':J1iC:5 l'aPl'roclIl:' t!Jrl'en/lll?fltal& qUI use " ,:JCcull/ult!r UII matl/llulll dt!faltj~ d l'aPPl'oclle tllt!onqut:' qu/ VISt!
J
mdtltèII1't'l3tlIJll L'èS faits Je IIld/lldrt?j t?11 Jt'ydgl:'l' J'aborJ Ull é'IISI:'/!llJ/t? L'(JIlt!IC:lli Je IOI:J~ dOllt 011 /&l'd I:'flSUltt! 13 sYlltlldst! t'II Uf} Il/oddl& qUOl1 CcJl7/iVlltt!l'ë ulté'I'/t>Ulc:lllé'llt avt?c la rddl/td r'dl'l'lt'lIt/ssdgt:' dt?
1.3
Jt:'ll/dlè.:llc /!loJdllsante) (5)En France, dans ce qu'il est convenu d'appeler l'ellpélïence des 58 lycées (1970-80), des équipes d'enseignants et de chercheurs ont exploré toutes sortes d'appl icat Ions de la micro informatique en education la Simulation
y a Joué un rôle important (45% des activités), visant notamment à
'ddl'ek'Ppel' dlt?Z16 dlcives Ullt? mdtllOdolog/t! Je rt:'cllt'Idle COllt'It'lltt' 1:'1
Ullt? pnse Je COIISClt'nCf' Je laIlll/Itlpi/ole Jt'5 lJIodcilt?s poss/Nt's "(6) Un nouveau pont entre modél isation. simulation et expérience
Actuellement, une vOie tres prometteuse(7) qUI s'appuie sur l'utilisatIOn de l'ordinateur pour capter des données experlmentales et les traiter (statistiquement, graphiquement etc) permettra aux élèves de rechercher ùu (j'app 1iquer des mode les U-Ieolîqut'S d de les confronter par 'S Irnu lat Ion aux Inesures experlrnentales, cela sur un rnême poste de trâvall AinSI la boucle sera blouclée, faisant tomber du même coup l'une lies critiques pédagogiques majeures qui avait longtemps freine les applications de la slll"iulation en éducation SCientifique (la Simulation présente souvent le danger d'étre substituée d l'expérience réelle)
Un nouveau domaine d'applications
rlals les applications de la simulation débordent maintenant le cadre de
l'ensel~lnement des sClence's exactes POUI- "viSiter" les sCiences t-,un'Ialnes ce ne sont plus aux capacités de traitement numelîque d 9rapl'IIque de l'ordinateur qU'II t'st lait appel, mais a des capâcltés de traitell"lent "synibollques"
et
"IO~pqub",pour simuler par exernple les ralsonnernents d'un expert d'un domalllt't8), mettant ainsi d Jour comme "en IlIlrOlr" les failles de ses conndlssances, vertu hautement pédagogIque s'il en estLES ItHERVE~JTI0NS
Les conférenciers de cette séance pléniere vont nous apporter leurs tenMgnages de spécial istes pour éclairer différents aspects du vaste sUjet "simulation et modeles"
flonsieur DOUCET, Professeur-chimiste, travaille
à
l'ITODYS ( Institut de Topologie et de Dynamique des Systèmes) de PARIS VII, et va nous montrercomment l'image de synthèse permet d'observer et de visualiser des
pllénomènes molèculaires, à l'éc~lelle humaine, pour établir des relations entre le comportement moléculaire et la forme des entités ÜllIillques. Pour Illustrer ses propos, Il s'appuyer a sur le filin "Imagerie et animation
grap~llqueen ctllrnie"(g) dont il est l'auteur avec 1'1 ROCH (UniverSité de
GEt~EVE)
r
lonsleur ROLFO, ingènleur phuslclen et cllef du département "Etudes therrfllques" au CNES (Centre t~atlOnald'Etudes Spat laies) de TOULOUSE, vanous expliquer comment on deterrnine la wotection tller/lilque des
Instrurnents embarqués dans un satellite naviguant en nHlleu "hostile", c'est -a-l1Ire soumis dans l'espace
a
des températures variant de -150'C cl•
IOO'r'
Il nous montrera cornment les sl/Ilulations nurnértques sur ordillateur sont croisees avec des essais en "chambre de slrnulatiori (une elKelllte dans laquelle on peut faire un Vide pousse) et cornrnent pâl une succession d'allers-retours entre résultats calcules et résultats mesures, Il est poss lb le d'aIne Ilorer le modeler1essleurs BEGHIH et VALLA, cllrnatologuts au CEI1AGREF (Centre de rlacl'lll1lSlne Agricole des Eaux et Forêts) de GRENOBLE vont nous rnontrer
a
l'aldt d'un fllrn qu'Ils ont tourne eux-mêll'l~s cÙll'lment Ils étudient sur II'Iul1eles redults les prlénomenes fort complexes (et tres dangtreuxl) que sont les avalanLlks Cet exemple prouve que l'ordllîateur IÎa touJour's pas détrône les bonnes vieilles rnethodes encor~ ut IllSetS Lians de nornbreux laborcltolres dïlYLiraullqueet
d'~ssalsen soufflerier-1onsleul LLIBOUTRY, Professeur-glaciologue a GRftKJBLE l, 'la apporte, un pomt de vue épistémologique sur le statut des II10déles physiques ~/i
sc lences lie Id terre, ce qUI nous ramène en amont de la silnulat Ion et
resltue cette dernlere par rapport à la modélisation Pour plus
d'mfol'rl'latlO/iS sur le sUJet, 11 est conseillé de lire son article paru L1ans La Reclkrcllè W 163 dt' fevrier 1985, intitulé "tlodéles
et
r~volutlon"rladclme Ilon/que RENAUD, IIîfOrrnatlclenne au L1SH-CNRS (LaboratOire Infolînatlque pour les SCiences de l'Homme) à PARIS, va nous expliquer en
quoI It's systernes experts sont utiles aux chercheurs en SCiences
Hurnail1t's, ICI en arcl'lt~ologle.
et
quelles perspectives pédagogiques peuventeUt' attendues de leur utilisatIOn nadame Renaud est co-auteur d'un
ouvrage Int1tulé "~)ysternes experts et SclelKes Hurnalnes' aux Edit Ions EYlolles, Paris
Elli ln, rl0liSIeLII' GOY, Professeur-a'stropllyslc len a 1Observatoire de GEHEVE, Pf't~sldent de cette séance, expliquera, eli s'appuyant SUI lin docun-'ê'nt filmiqut' montrant l'évolution -accélérée- de galaxlt's, en quoI la simulation peut aider les astronomes
à
valider leurs modeles tlléorlquesr-Jous renlercions tous les intervenants de cette plénlére pour leur collaboration aux Journées de ChamoniX
et
nous ne pouvons que nous fé Ilci ter d'un rappl'ochernent entre les IIIgenleurs, les ct'Ie/cheurs et It's éducateurs en SClelKes, rapprochernent que nous soul'Ialtons le plus profitable pour tous( 1)
J
110NOD "L e rlasard et la nécess 1té', coll Po Int, Pdl,S 1973(2)J HEBEN5TREIT in "Les arnis de Sèvres", cornrnunlcatlOli'lnforrnatlque et PédagogIe" au CIEP de Sevres, France 1971
• 'Jn système, en Interaction avec 80n environnement, est Intelligent si : - le système possède un modèle de son environnement;
- avant d'entreprendre une action sur l'environnement visap.t • un résultat déterminé, le systeme teste cette action en simulationlur 80n modèle;
- lorsque le résultat de la simulation n'eat pas favorable, une 8utreaction visant au mème
lesullalest simulée, jusqu'àladécou\'erte d'une action conduisant.un résultat favorable. Cette actIon est alors exécutée sur l'environnement avec deux i6sues possibles : - &1 le résultat de l'action aur l'environnement confIrme le résultat obtenu en simulation,
le modele est renforcé;
- si :e rêsultat de raclion sur l'environnement est diHérent du rbultat obtenu en aimule· tion. le modele e&1 corrigé en fonction du résultat obtenu . •
(3)~. WIL501-J "Quelle lriforrnatlque pour la science?", La RechercheW 146, 1983
(4) Universités de BARI (Italie), CAI1BRIDGE (Royaurllt' Uni), LOUVAIN (Belgique), PARIS VII (France)
(5) PI" 5 r'lARTEGAt-J1 (Université de Louvalll) "Etude
et
UtIlisation de la sirnulat iona
des fins pédagùg IqUes", Doc OFRATEr lE, Dept Rect-I\~/cllt' et Forillation, Paris 1972(6) FIl BLONDEL & rI 5CHWOBEtude et UtilisatIOn de l'infolïnatlque ddns l'enseIgnement des SCIt'llces phYSlqUèS", Revue Française de PedagogIe, ~r
72-1985
(7) CÙlïlll1Unlcatlon des "2lérnes Journées Informatique et Pédagogie dans l'EnseIgnement"(j l'Université de Nallcy, Doc INRP 1986
l'ordInateur au laboratOire de sciences et
