STRATEGIES DE CONCEPTION ET
RAISONNEMENT PAR APPROXIMATIONS
SUCCESSIVES DANS LA CONCEPTION DE
CHARPENTES METALLIQUES : UNE ETUDE DE CAS
Camille ROHOU
1. VERS UN ENSEIGNEMENT DE LA CONCEPTION
Dans l'enseignement technique professionnel du second cycle long, on donne actuellement une place centrale a l'étude de projet, en relation avec les enseignements disciplinaires. Or, au cœur de l'étude d'un projet se trouve la tâche de conception. Et il se trouve qu'à l'heure actuelle, on ne sait ni en-seigner rationnellement cette activité, ni la mettre clairement en relation avec les enseignements disciplinaires.
Pour améliorer cette situation, il nous parait indispensable d'avoir une idée des connaissances, des raisonnements et des stratégies mis en œuvre pour accomplir ce type de tâche. Cela suppose la construction d’un modèle per-mettant de décrire des raisonnements de conception. Nous tentons de le faire à partir du protocole et des traces écrites de la tâche accomplie par huit personnes diverses pour concevoir l'ossature métallique d'un même ou-vrage.
2. PENSER LA CONCEPTION D'UNE OSSATURE 2.1. Caractériser la tâche de conception
2.1.1. Situation de la tâche Bureau d'Étude Technique - Ossature Définition Di Tâche de conception Phase de calcul Tâche de reconception Définition Di+1 Di+1 conforme au projet Autres intervenants Figure l
Pour définir l'ossature d'un ouvrage, le Bureau d'Étude Technique chargé de sa définition procède par une série d'approximations suc-cessives en interaction avec les autres intervenants définissant l'ouvrage, ce qui peut être résumé par la figure 1.
Le Bureau d'Étude Technique se saisit de la définition actuelle de l’ouvrage. La tâche de conception débouche sur une définition plus précise de l’ossature. Il s’en suit une phase de calcul qui établit si la nouvelle défini-tion de l’ouvrage est conforme ou non au projet. Si c’est le cas, cette nou-velle définition est transmise aux autres intervenants. Sinon, il faut reconce-voir l’ossature.
Lors de ce processus, la définition de l'ossature varie au cours de celui-ci, et suivant le concepteur. Par contre, l'étude de sa conformité au projet est un invariant du processus, qui délimite d'ailleurs les approximations. Or, cette étude valide ou invalide la tâche de conception. Il nous faut donc caractéri-ser la conformité au projet de la définition d'une ossature indépendamment de celle-ci.
2.1.2. Les points de vue constitutifs du projet
Nous dirons que la définition d'une ossature est conforme à un projet si elle est conforme à différents points de vue constitutifs du projet, la conformité à l'un des points de vue n'impliquant pas celle à l'autre. Nous distinguerons les points de vue exprimant le but du projet de ceux exprimant sa possibili-té. Pour les définir, il nous parait fructueux d'envisager un projet comme un programme d'action prévisionnel. Dans le cas qui nous concerne, le pro-gramme d'action est la réalisation de l'ouvrage.
• Les points de vue exprimant le but du projet
Du point de vue du concepteur, le but de ce programme, quelle que soit la définition de l'ouvrage, est de modifier l'environnement en un sens définis-sable par les diverses finalités attribuées aux organes constitutifs de l'ou-vrage, et par divers points de vue architecturaux.
Ces diverses finalités et points de vue architecturaux sont autant de points de vue exprimant le but du projet. Dans le cas d'une ossature, on rencontrera donc toujours les points de vue stabilité et rigidité, souvent des points de vue architecturaux et parfois des points de vue thermiques ou acoustiques, cette liste étant variable suivant le projet établi.
• Les points de vue exprimant la possibilité du projet
Il faut enfin que la réalisation de l'ouvrage soit possible, compte tenu du budget du Maître d'ouvrage et des moyens de production des différents corps d'état. On peut dégager ici différents points de vue attachés aux diffé-rents aspects de la réalisation d'un ouvrage, comme les points de vue éco-nomique, mise en œuvre (possibilité de mettre en œuvre les différents élé-ments préfabriqués de l'ossature), sécurité, transport (compatibilité des di-mensions des éléments préfabriqués avec les gabarits routiers)...
2.1.3. Les spécifications et les solutions techniques
Nous nous intéressons dans notre étude aux tâches courantes de conception. Dans ce cas, la définition de l'ouvrage qui ressort de la tâche est conforme à divers principes, types d'ouvrages, solutions constructives, règles de conceptions, etc., que le concepteur met en œuvre dans le cadre du projet. Nous résumons cet ensemble par le terme de solution technique mise en œuvre dans le cadre du projet.
• Les spécifications Plancher Charges q L l Figure 2 E = n L Poutre isostatiques en Profilé Marchand I en acier Fe E 24 Figure 3
Supposons par exemple qu'il s'agisse de conce-voir la poutraison métallique d'un plancher de dimensions et de charges données (figure 2). Étant donnés certains principes de conception, solutions constructives et règles de conception que celui-ci s'est forgé, tel concepteur, pour tout un ensemble de valeurs de l, L, et q, aboutira systématiquement sur une définition conforme à la solution technique décrite figure 3. Par consé-quent, les seules questions auxquelles le concepteur tâchera de répondre sont : quelle va-leur donner à l'entre-axe E (ou au nombre d'in-tervalle n), et quelle forme de profilé marchand adopter. La tâche de conception consistera donc, pour ce concepteur, à déterminer deux propriétés : l'entre-axe E (ou le nombre d'intervalle n) et la forme du profilé marchand. Ce sont ces pro-priétés que nous appelons des spécifications. La détermination des autres propriétés, comme la régularité de l'entre-axe des poutres ou la nature de leur acier constitutif, même si elles définissent l'ouvrage en fin de compte, et n'étaient pas données au départ, n'est pas une tâche pour le concepteur. Il existe par ailleurs d'autres spécifications, qui
ont été déterminées auparavant, comme ici l, L et q, qui sont donc des
spé-cifications données.
• Les spécifications données stratégiques
Lors de la phase de calcul, on va établir la conformité de la définition de l'ouvrage à chacun des points de vue exprimables à ce stade en mettant en œuvre une connaissance par point de vue. Or, ce sont les spécifications qui vont constituer les prémisses de ces mises en œuvre. Certaines de ces mises en œuvre vont prendre en compte à la fois des spécifications produites par la tâche de conception, et des spécifications données (dans l'exemple ci-dessus, l'entre-axe E et la forme du profilé d'une part, les charges q d'autre part, pour établir la conformité au point de vue stabilité, par exemple). Les valeurs des spécifications données vont donc limiter par conséquent l'en-semble des valeurs que le concepteur peut donner aux spécifications qu'il doit déterminer lors de la tâche de conception, pour que le point de vue soit satisfait. C'est pourquoi nous qualifierons de stratégiques ces spécifications données.
2.1.4. Une approche séquentielle de l'activité du concepteur
Dans son étude de la planification, J.M. HOC considère l'activité comme "l'actualisation d'une interaction entre un sujet et une tâche." (1987, p. 20) Celle-ci se définit "généralement par un but et des conditions d'obtention". (Id. p. 21) Le but est un état final à atteindre, et les conditions d'obtention "peuvent porter sur les états (.) les opérations élémentaires admises (voire même) sur la structure de la procédure elle-même." (Id., p. 22). Cet auteur, comme bien d'autre souligne qu'il faut distinguer la tâche prescrite (ce qui est à faire) de la tâche effective réalisée par le sujet.
Nous avons vu que pour établir la conformité au projet de la définition de l'ouvrage, les connaissances mises en œuvre lors de la tache de calcul pre-naient en compte les spécifications données et déterminées lors de la tâche de conception. Si cette définition est conforme, elle sera alors transmise aux autres intervenants. Donc, pour que le projet s'établisse à bon rythme, le concepteur aura pour but de déterminer un ensemble de spécifications tel que :
➠ a- la conformité au projet soit établie, afin d'éviter les reconceptions. ➠ b- la nouvelle définition de l'ossature n'empêche pas la définition du
reste de l'ouvrage par les autres intervenants.
Nous avons vu plus haut que les spécifications étaient définies à partir de certains principes, solutions constructives, etc. que le concepteur mettait en œuvre dans le cadre du projet. Or ceux-ci ne sont pas tous donnés au départ et dépendent du concepteur. Il n'est donc pas possible de caractériser l'acti-vité du concepteur en la rapportant à une tâche prescrite, définissable à prio-ri et indépendamment du concepteur. De plus, ces pprio-rincipes et solutions sont susceptibles de varier au cours de la conception. Nous devons donc caractériser l'activité du concepteur en la rapportant à une tache effective,
définie par le but que nous avons décrit ci-dessus (points a et b), et qui est donc variable au cours de la conception. Les conditions d'obtentions sont également à définir à partir des principes et solutions mis en œuvre. En ef-fet, la mise en œuvre d'une solution technique fait appel à des produits. Leurs caractéristiques varient suivant certaines gammes. Ces gammes vont donc limiter l'ensemble des valeurs que l'on va pouvoir attribuer aux spéci-fications.
C'est donc pour atteindre un but actuel, en respectant des conditions d'ob-tention actuelles, que le concepteur va mettre en œuvre ses connaissances. Nous proposons donc une modélisation séquentielle de l'activité du concepteur, chaque séquence correspondant à la mise en œuvre d'une connaissance pour atteindre un but actuel en respectant des conditions d'obtentions qui sont susceptibles de varier d'une séquence à l'autre. Ce but et ces conditions d'obtention correspondent par ailleurs mise en œuvre d'un certain nombre de principes, types, solutions constructives etc., qui sont donc sous-jacents à l'exécution de chaque séquence.
2.1.5. Une série d'approximations successives
Pour modéliser le travail de conception des architectes, J.C. LEBAHAR (1983) a proposé un schéma général résumé par la figure 4.
Ce schéma se compose d'une suite (T0, T1, T2,...,Tn) "d'état de résolutions de problème architectural". D'un état à un autre, le "modèle d'objet (O)", "représentation stable à vocation géométrique", se précise (augmentation de la zone hachurée). Le passage d'un état Ti de (O) à un autre état Ti+l plus précis s'effectue en utilisant "un modèle de simulation (S)", spécialement établi pour cela. Ce modèle de simulation est composé à la fois de solutions acquises (Conditions C), c'est-à-dire contenues dans (O) à l'instant Ti, et d'hypothèses à tester. La mise en œuvre du modèle de simulation permet de valider certaines hypothèses, qui sont alors intégrées à (O). Le schéma que propose J.C. LEBAHAR est celui d'une démarche par approximations suc-cessives, dans la mesure où l'architecte précise son "modèle d'objet" en y intégrant un certain nombre d'hypothèses qu'il a validées en utilisant le "modèle de simulation". Il resterait cependant à préciser comment ces hy-pothèses sont produites, testées puis validées pour y être intégrées au "mo-dèle d'objet".
Nous reprenons cette idée d'approximations successives, mais en l'adaptant à notre cadre, et en précisant ce qui se passe lors des étapes Ti. Nous préfé-rons également parler d'indétermination plutôt que d'incertitude.
Incertitude/Indétermination
Pour J.C. LEBAHAR, le travail de conception des architectes consiste ré-duire l'incertitude concernant l'ouvrage à définir, ce qui se traduit par l'ac-croissement de 1a zone grise dans le modèle d'objet 0. Pour introduire cette idée d'incertitude, J.C. LEBAHAR met un sujet face à un univers
d'événe-ments possibles, l'incertitude consistant précisément dans le fait de ne pas savoir de quelle nature est l'événement qui intervient effectivement.
TEMPS DU PROCESSUS D'ÉTABLISSEMENT DU MODÈLE DE L'OBJET
T0 T1 LES ÉTATS DU PROBLÈME ARCHITECTURAL T0 T1 T2 T3 Tn PA LE MODÈLE DE SIMULATION LES ÉTATS DU MODÈLE D'OBJET LES NIVEAUX D'INCERTITUDE DE L'ARCHITECTE LE MODÈLE DE SIMULATION A I S O C C'
Figure 4 : Schéma général de la recherche de l'objet par simulation graphique
5
6 7 9
Deuxième plan d'approximation
4 1
3 8
2
Premier plan d'approximation
×
Point de vue 1 Point de vue 2
Figure 5
Il y a donc incertitude lorsque le sujet ne contrôle pas l'événement qui advient.
Il est clair que le concep-teur ne contrôle jamais complètement la démar-che qu'il effectue. Il y a incertitude en ce sens. Mais ce n'est pas la ré-duction de cette incerti-tude là dont parle J.C. LEBAHAR. Une fois l'ossature définie et justi-fiée par une note de cal-cul, sa pérennité n'est pas absolument certaine. Mais la réduction de cette in-certitude est la tâche de ceux qui établissent les modèles de calcul, et pas du concepteur, qui utilise ces modèles comme ou-tils.
L'ouvrage étant défini à un certain niveau d'ap-proximation, le concep-teur va prendre en compte cette définition pour se donner un certain nombre de propriétés complé-mentaires à déterminer On passe donc d'une défi-nition à une autre, plus concrète, en réduisant l'indétermination de ces propriétés. C'est pourquoi nous préférons parler de réduction d'indétermina-tion.
2.2. Un modèle de raisonnement de conception:
2.2.1. Vue d'ensemble du modèle
Nous représentons donc le raisonnement établi par le concepteur sous une forme séquentielle. A la fin d'une séquence, la chronique du raisonnement établi jusqu'alors se présente par exemple sous la forme du schéma synopti-que de la figure 5.
Dans ce schéma, une séquence est représentée par l'ensemble suivant :
un numéro inscrit dans un rectangle, qui représente la connaissance mise en œuvre pour exécuter la séquence. Les numéros indiquent l'ordre dans lequel sont exécutées les séquences.
une ou plusieurs flêches attachées à ce rectangle par un trait pointillé, qui indiquent le sens prémisses-conclusions du raisonnement.
un symbole ( , ou ) qui repésente la conclusion de la séquence. C'est un rectangle s'il s'agit d'une spécification, et un drapeau s'il s'agit d'une validation ( ) ou d'une invalidation ( ).
Une séquence résulte de la mise en œuvre d'une connaissance, laquelle cessite l'existence d'un certain nombre de prémisses. Or, les prémisses né-cessaires à la mise en œuvre d'une connaissance sont soit des spécifications données, soit produites par les séquences précédentes. Une séquence se trouve donc rattachée par ses flèches :
soit à des spécifications données si ce sont les seules prémisses né-cessaires,
soit aux séquences à l'issue desquelles l'ensemble des prémisses né-cessaires ont été produites.
On remarquera que les numéros d'ordre chronologique ne suivent pas tou-jours l'ordre indiqué par les flèches. En effet, le concepteur n'est pas obligé d'effectuer une séquence dès que les prémisses nécessaires à son exécution ont été produites. L'enchaînement de plusieurs séquences aboutissant sur une validation (comme les séquences l, 2 et 4), correspond à une des étapes du schéma de J.C. LEBAHAR. Mais il n'est pas nécessaire d'aboutir sur la validation qui clôt un enchaînement, avant d'y accrocher un autre (voir sé-quence 3).
Cet enchaînement de séquences constitue donc un réseau, qui, à la diffé-rence du schéma de J.C. LEBAHAR, se partage sur deux plans d'approxi-mation. L'exécution de l'ensemble des séquences situées sur le premier plan produit un premier ensemble de spécifications correspondant à une défini-tion D'i de l'ossature, intermédiaire entre la définidéfini-tion initiale Di, plus abs-traite, et la définition finale Di+1, plus concrète.
Certaines parties du réseau sont construites au nom de certains points de vue du projet qui sont donc spécifiés à chaque fois.
Cette vue d'ensemble étant faite, nous pouvons maintenant décrire plus pré-cisément les trois types de séquence constituant les réseaux. Celles-ci sont
soit la prise de décision, soit une évaluation, et enfin la remise en cause d'une décision.
2.2.2. La prise de décision
L'objectif de ce type de séquence est de déterminer une spécification concernant l'ossature. Dans le détail, cette séquence est décrite par le sché-ma de la figure 6 :
Dans un rectangle attaché aux flèches par un trait pointillé, nous décrivons la connaissance mise en œuvre, ainsi que les points de vue du projet au nom desquels s'effectue éventuellement cette séquence. A coté de ce rectangle on retrouve le numéro d'ordre chronologique i. En amont du trait pointillé, se trouvent les spécifications prémisses. Il existe certaines situations où la sé-quence actuelle i est rattachée à plusieurs sésé-quences, comme c'est le cas de la séquence 7 sur la figure 5. Dans ce cas, les spécifications produites sont délimitées par une frontière correspondant a chacune des séquences à l'issue desquelles elles ont été définies. Les prémisses données sont disposées à part. Lorsque la séquence s'effectue sur le deuxième plan, certaines des sé-quences antérieures peuvent être situées sur le premier plan d'approxima-tion. En aval du trait pointillé, se trouve la spécification conclusion.
Connaissance Mise en œuvre POINTS DE VUE Spécification Spécification Spécification Spécification Spécification
i
Spécification Séquence j Séquence l Séquence k Figure 62.2.3. L'évaluation
Il existe deux types de séquences d'évaluation. Les premières ont pour ob-jectif de vérifier si tel point de vue a des chances d'être satisfait lors de la phase de calcul, ou si telle solution est réalisable. Les connaissances mises en œuvre dans ce cas sont des critères de différente nature. La conclusion exprime donc la satisfaction ou l'insatisfaction de ce critère. Les deuxièmes ont pour objectif de vérifier s'il est possible de déterminer une spécification concernant une partie de l'ouvrage autre que l'ossature.
Une séquence d'évaluation ne porte que sur les spécifications qui sont utili-sées comme prémisses. Le schéma représentatif est le même que ci-dessus, à la conclusion près, qui varie suivant qu'il s'agit d'une validation ou d'une invalidation, comme l'indique la figure 7.
Validation Invalidation
Figure 7
2.2.4. La remise en cause d'une spécification
Dans le cas d'une invalidation, il y a deux possibilités (Figure 8).
Première possibilité (Figure 8-a), le concepteur met en œuvre une connais-sance qui utilise comme prémisse l'invalidation et qui conclue sur une nou-velle détermination de spécification. Cette séquence est donc rattachée à l'invalidation. Cette séquence aboutit soit sur la détermination d'une nou-velle spécification (changement de solution technique), soit sur la redéter-mination d'une des spécifications S qui avait été utilisée comme prémisse lors de la séquence d'évaluation (maintien de solution technique). Dans ce dernier cas, cette remise en cause entraîne le réexamen de toutes les spécifi-cations qui avaient été déterminées en utilisant la spécification S comme prémisse.
La deuxième possibilité (Figure 8-b) consiste à abandonner cette branche du réseau et à accrocher sur une des branches antérieurement construite une séquence de décision. Il s'agit d'un retour en arrière du point de vue logique sur un certain point du réseau. Le concepteur s'oriente alors vers une solu-tion alternative à celle qu'il avait développée antérieurement à partir de ce point. × × i+1 i I I i+1 i × × × Figure 8-a Figure 8-b
I : Invalidation i : Chronologie X : Spécification
2.3. Quelques aspects stratégiques :
2.3.1. la réserve d'indétermination
Pour J.C. LEBAHAR, la stratégie de réduction d'incertitude est révélatrice d'une expérience. Celle-ci consiste à maintenir "volontairement une impré-cision graphique conditionnelle pour s'aménager constamment la marge de manœuvre nécessaire à la résolution des difficultés imprévues qui peuvent surgir ultérieurement au fur et à mesure que le projet avance, que le plan se précise, et que les retours en arrière deviennent de plus en plus aléatoires ; l'incertitude disparaît des plans avec l'avènement autoritaire de la précision. Elle est euclidienne. Le respect des angles et des mesures figent les points et les traits et, de là, toute initiative nouvelle est exclue de ce système où, dé-sormais, tout est à sa "place". Si l'on veut modifier quelque chose à ce stade d'information traitée, on a de fortes chances d'être obligé de devoir modifier le tout." (1983, pp.37 et 38).
Dans le cas de la conception architecturale, la définition de l'ouvrage s'ex-prime principalement par le dessin. Un dessin précis correspond donc à un ouvrage très défini, et inversement. Maintenir une imprécision graphique consiste donc à maintenir indéterminées un certain nombre de propriétés. L'auteur expose bien pourquoi les remises en causes sont de plus en plus dangereuses au fur et à mesure que la définition de l'ouvrage se précise. Mais il ne précise jamais en quoi cette réserve d'indétermination permet d'éviter les remises en cause trop tardives.
Dans notre modèle, la remise en cause d'une spécification S fait toujours suite à une invalidation, qui est la conclusion d'une séquence d'évaluation E. La mise en œuvre de celle-ci nécessite l'existence d'un certain nombre de prémisses, dont cette spécification. Une fois ces prémisses établies, plus le concepteur attendra pour conduire la séquence d'évaluation, plus il prendra de risque. En effet, un certain nombre d'autres spécifications auront été dé-terminées entre temps, et la remise en cause de la spécification S risque d'en entraîner certaines autres. Pour éviter ce risque, il faut conduire la séquence d'évaluation E dès que possible, et déterminer les autres spécifications une fois cette évaluation faite. C'est en ce sens qu'il y a réserve d'indétermina-tion. Une remise en cause est donc trop tardive à ce titre si cette réserve n'a pas été respectée.
Le modèle que propose J.C. LEBAHAR (figure 4) ne peut pas rendre compte de ce phénomène, car il ne peut distinguer les spécifications effecti-vement déterminées entre deux évaluations de celles qui auraient pu égale-ment l'être, mais dont la détermination a été réservée.
Notre modèle par contre, par le jeu qui existe entre l'ordre logique et l'ordre chronologique des séquences nous permet de rendre compte du maintien de cette réserve d'indétermination.
• Maintien de la réserve du premier plan d'approximation
La hiérarchie logique entre les deux plans, que nous avons signalé lors de la présentation d'ensemble du modèle, impose une chronologie, dans la me-sure où il faut amorcer le réseau primaire avant de pouvoir construire le ré-seau secondaire. Il n'est d'ailleurs pas utile d'amorcer le réré-seau secondaire pour construire le réseau primaire. En ce sens, toutes les décisions prises sur le plan secondaire constituent une réserve d'indétermination vis à vis du premier.
Mais on n'est pas toujours obligé, du point de vue logique, d'achever la construction du réseau primaire avant de construire le réseau secondaire. Or, construire le réseau secondaire avant d'avoir évalué, sur le premier plan, les décisions qui vont être reprises sur le deuxième comporte un risque. En effet, si ces décisions sont invalidées, il va falloir les modifier. Comme elles ont été utilisées comme prémisses pour prendre certaines décisions sur le plan secondaire, celles-ci vont donc être à revoir.
• Maintien de réserve lors de la construction d'un réseau
5 6 4 1 3 2 I
×
× × × × × Figure 9On retrouve la question du maintien de réserve d'indétermination lorsqu'à l'issue d'une séquence, il est logiquement possible de conduire deux sé-quences d'objet diffèrent. La procédure chrono-logique illustrée par la figure 9 comporte un ris-que. En effet, si l'invalidation amène à remettre en cause la décision produite par la séquence 1, toute la chaîne des séquences 2, 3 et 4 devient caduque.
Il aurait mieux valu réserver ces déterminations pour la suite, après la re-mise en cause de la décision produite par la séquence 1. Plus généralement, l'attitude prudente consiste à construire une chaîne de décision jusqu'à la validation qui la clôt, avant d'en accrocher une autre.
2.3.2 La question des différentes procédures possibles
Une autre question d'ordre stratégique est d'étudier s'il existe différents ré-seaux possibles pour mettre en œuvre la même solution. Nous ne pourrons répondre à cette question qu'à partir de l'analyse des huit protocoles, mais nous pouvons déjà en délimiter le cadre.
S'il existe différents réseaux, ceux-ci sont tous orientés vers un même but, et sont soumis aux mêmes conditions d'obtention , tels que nous les avons dé-finis pages 3 et 4. Cela va se traduire par un certain nombre de caractéristi-ques communes à ces différents réseaux. Un même but fait que la définition de l'ossature devra être conforme aux mêmes points de vue du projet et à la même solution technique. Du coup, les mêmes points de vue, les mêmes contraintes d'accrochage et les mêmes spécifications données stratégiques vont être pris en compte par ces réseaux. D'autre part, comme ce sont les mêmes produits qui seront utilisés pour réaliser l'ossature, la construction de
ces réseaux sera alors soumise aux mêmes conditions d'obtentions. Il sem-ble que se soit là les seules caractéristiques communes à ces réseaux. La variété des réseaux possibles dépendra essentiellement des connaissances utilisables pour les construire et de l'ordre dans lequel elles seront mises en œuvre.
2.4. Les cadres théoriques développés par l'ergonomie cognitive
La question des procédures de conception est étudiée par un certain nombre d'auteurs en Ergonomie Cognitive. Ceux-ci cherchent à expliquer à la fois les phases d'élaboration et de choix d'une procédure, ainsi que les phases d'exécution. Leur étude a pour visée la conception de systèmes informati-ques d'aide à la conception. Pour ce faire, ces auteurs utilisent un certain nombre de cadres, que nous allons rapidement passer en revue, afin de les comparer au notre. En effet, nous nous contentons pour notre part d'étudier les phases d'exécution de la procédure. D'autre part, notre étude a pour visée de fournir des éléments permettant de concevoir un enseignement de la conception. Cependant, notre étude et la leur ont certains points en com-mun : nous étudions dans les deux cas les raisonnements mis en œuvre pour exécuter la tâche.
2.4.1. Les démarches descendantes
Dans un premier temps, les systèmes d'aide à la conception ont été élaborés en prenant comme modèles d'élaboration et d'exécution des procédures, des démarches dites descendantes. Le principe d'une démarche strictement des-cendante est d'élaborer complètement la procédure, avant son exécution. Pour ce faire, il y a décomposition de la tâche en sous-tâches qui entretien-nent éventuellement certaines relations, les caractéristiques de certaines d'entre elles pouvant dépendre plus ou moins fortement de l'exécution d'au-tres. Ces relations sont qualifiées de contraintes par certains auteurs. Cette décomposition s'effectue en suivant une hiérarchie: une première décompo-sition de la tâche est effectuée dans un "espace abstrait" (Id.) laquelle est alors raffinée dans l'espace immédiatement inférieur, et ainsi de suite jus-qu'à l'obtention d'une procédure exécutable dans "l'espace de base"(celui qui correspond au niveau de détail nécessaire pour l'exécution de la tâche).
2.4.2. Les démarches ascendantes
On s'aperçut bien vite qu'une démarche purement descendante n'était que rarement mise en œuvre par les concepteurs. L'implantation d'une démarche uniquement descendante dans les systèmes d'aide s'avérait donc inadaptée. D'où le développement de deux autres modèles, la démarche ascendante et les modèles opportunistes, qui complètent la gamme des comportements que l'on observe effectivement chez les concepteurs.
Lors d'une démarche ascendante, le concepteur s'appuie sur des points de détail du problème posé pour évoquer ou élaborer des procédures. Ces dé-marches sont qualifiées d'ascendantes car, à la différence des dédé-marches
descendantes, qui vont des espaces abstraits vers l'espace de base, celles-ci procèdent en sens inverse.
2.4.3. Le modèle opportuniste
La tâche utilisée par HAYES-ROTH et HAYES-ROTH (1979) pour cons-truire le premier modèle opportuniste consistait à programmer une série de courses à faire en ville dans la journée. Ces auteurs ont mis au point un mo-dèle tenant compte du fait que les sujets alternaient des phases d'élaboration du programme dans tous les détails nécessaires à son exécution avec des phases d'élaboration du programme à un niveau plus abstrait. L'exécution de la tâche s'effectue donc dans un espace au sein duquel se trouvent différents niveaux d'abstraction de la définition du programme.
2.4.4. Le rôle des schémas d'action
Ces différents auteurs formalisent la plupart des connaissances mises en œuvre pour élaborer des procédures par des schémas d'action. Décrivant ce formalisme, J.F. RICHARD (1990) souligne qu'un schéma d'action décrit à la fois le résultat de l'action, les différentes procédures possibles pour l'at-teindre, et les différents pré-requis nécessaires à la mise en œuvre de cha-cune d'entre elles.
2.4.5. Le point de vue gestion de contraintes
Enfin, sans remettre en cause la validité des cadres théoriques décrits ci-dessus, certains auteurs, comme STEFIK (1981) en Intelligence Artificielle, et DARSES (1994) en ergonomie cognitive, étudient l'élaboration et l'exé-cution d'une procédure de conception en terme de gestion de contrainte. Pour ces auteurs une contrainte est une relation entre des variables. Une va-riable est "tout paramètre de description de l'artefact (l'objet en cours de conception , ndlR) auquel on peut attribuer un domaine de valeurs discret ou continu."(F. DARSES, 1994). Une contrainte est alors "un prédicat dé-crivant une relation entre des variables (...). Une solution est le produit d'une instanciation des variables effectuée de telle sorte que toutes les contraintes énoncées (par le concepteur) ont été satisfaites." (F. DARSES, 1990) Il apparaît donc qu'une variable instanciée est une propriété qui défi-nit l'objet conçu à l'issue de la tâche de conception. Une solution est alors la définition d'un objet dont les propriétés sont conformes aux contraintes.
2.4.6. Relations entre ces cadres et le notre
Nous nous contentons pour notre part de modéliser les phases d'exécution de la procédure. Il faut donc bien avoir à l'esprit que les deux plans d'ap-proximation de notre cadre n'ont rien à voir avec les différents niveaux d'abstraction de l'espace de base, qui est celui où la procédure est entière-ment décrite. Notre modèle, lui, a pour objet de décrire la procédure effecti-vement suivie par le concepteur. Dans notre modèle, l'exécution des
sé-un certain niveau d'approximation, et l'exécution par la suite des séquences situées sur le deuxième plan aboutit sur une définition plus concrète de l'os-sature, donc à un niveau d'approximation plus précis. Il n'y a pas sur le premier plan une description complète de la procédure, à un certain niveau d'abstraction, laquelle serait raffinée sur le deuxième plan.
Il existe cependant quelques relations entre notre cadre et ceux que nous avons décrits ci-dessus.
Tout d'abord, chacun des réseaux situé sur les deux plans d'approximation constituent effectivement deux sous-tâches en relation entre elles. Nous avons vu en effet qu'il fallait amorcer le réseau situé sur le premier plan avant de pouvoir amorcer le réseau situé sur le second : c'est une relation hiérarchique en ce sens que l'objet des séquences du deuxième réseau n'est pas définissable avant d'avoir construit, au moins partiellement, le premier réseau. Corrélativement, certaines des spécifications produites sur le pre-mier plan vont être utilisées comme données pour certaines séquences du deuxième plan. Cette relation hiérarchique est du même type que les rela-tions entre les sous-tâches établies lors de la démarche descendante : les caractéristiques de la tâche décrite sur le deuxième plan dépendent de l'exé-cution de la tâche décrite sur le premier plan.
D'autre part, dans les modèles opportunistes, il y a des allers et retours constants entre différents niveaux d'abstraction de définition de l'objet en cours de conception. Bien que ces différents niveaux d'abstraction n'appa-raissent pas explicitement dans le modèle mis au point par ces auteurs, ceux-ci correspondent aux plans d'approximation de notre modèle. Notre modèle a pour but de décrire les procédures mises en œuvre pour aboutir à chacune de ces définitions, et de rendre compte des allers et retours du concepteur entre ces deux niveaux d'approximations.
Enfin, un schéma d'action est attaché à la mise en œuvre d'une solution technique. Le résultat de l'action est atteint lorsque toutes les spécifications attachées à cette solution ont été déterminées.
À la lecture de la définition donnée par F. DARSES, on pourrait croire que les variables qu'elle évoque correspondent aux spécifications à déterminer. Mais ce n'est pas le cas. En effet, lorsque nous avons défini les spécifica-tions, nous avons insisté sur le fait que seules certaines des nouvelles pro-priétés qui définissent l'objet conçu à la fin de la tâche ont été l'objet d'une détermination par le concepteur. Or, F. DARSES ne fait pas cette distinc-tion. Ce qui pose problème, car cela veut dire que l'instanciation de certai-nes des variables qu'elle définit n'a pas été une tâche pour le concepteur qu'elle a observé. Seules les variables dont l'instanciation est ou a été une question effective pour le concepteur correspondent aux spécifications. Donc, s'il existe un équivalent dans notre cadre au concept de contrainte développé par cet auteur, il s'agira donc d'une relation entre spécifications. Pour rechercher cet équivalent, il faut s'entendre sur ce que l'on entend par solution du problème de conception, et du coup par contrainte. En effet,
nous remarquerons que F. DARSES ne précise pas ce qu'elle entend par solution, et qu'elle ne distingue pas la tâche de conception de celle de cal-cul. Or, si on veut préserver le caractère essentiellement objectif d'une contrainte, qui interagit avec le sujet concepteur, alors il faut entendre par solution la définition d'une ossature conforme au projet et à une solution technique. Dans ce cas, les contraintes sont des relations entre spécifications qui doivent être satisfaites pour que la définition de l'ossature soit conforme au projet et à la solution technique mise en œuvre. Or, nous avons vu que c'est durant la tâche de calcul que l'on établit la conformité de la définition de l'ossature aux points de vue du projet auxquels elle doit être conforme. Pour celà, il y a mise en œuvre d'une connaissance du type critère, durant laquelle on prend en compte certaines des spécifications produites par la tâche de calcul. Il s'agit donc bien là de vérifier si une relation entre diffé-rentes spécifications est satisfaite, pour reprendre l'expression de cet auteur. Si on donne à contrainte le sens fort que nous lui avons donné ci-dessus, il apparaît donc que les satisfactions de contraintes exprimant la conformité au projet ne sont pas objectivées durant la phase de conception, mais durant celle de calcul. Les seules contraintes dont l'objectivation est susceptible d'être effectuée durant la phase de conception sont celles qui exprime la conformité à la solution technique mise en œuvre.
3. LA MODÉLISATION DU CAS ÉTUDIÉ
3.l. Tâche proposée, protocole étudié, conduite de l'entretien
3.1.1. La tâche proposée 19,86 7,15 7,15 5,20 0,18 0,18 5,20 4,90 ZONE A ZONE B ZONE B Figure 10
Celle-ci était inspirée d'un pro-jet réellement étudié par une entreprise de Charpente Métal-lique. Il s'agissait de la concep-tion, au niveau Avant Projet Détaillé, de la charpente métal-lique d'une ossature à noyau central en béton armé. Nous fournissions donc un descriptif de l'ouvrage, et une vue en plan du plancher courant (Figure 10), dans lesquels l'ossature en acier n'était pas définie. Une contrainte architecturale pesait tout de même sur cette char-pente ; il ne devait pas y avoir de poteaux dans la zone A du plancher.
muni d'un faux plafond, et avait une hauteur limitée 70 cm. Enfin, logées dans le plafond, des gaines de ventilation de diamètre maximal de 200 mm. couraient dans le sens longitudinal du plancher.
L'exécution de cette tâche durait en moyenne une heure et demie.
3.1.2. Le protocole étudié
Le protocole dont nous allons présenter l'analyse est celui de la tâche ef-fectuée par un ingénieur d'étude expérimenté en Béton Armé. Celle-ci est intéressante, car pour concevoir la trame de l'ossature, celui-ci procède en grande partie comme si elle était en béton armé.
3.1.3. Conduite de l'entretien
Nous avons enregistré au magnétophone les verbalisations du concepteur, lesquelles étaient libres. Pour avoir une idée de l'ordre dans lequel le concepteur dessinait, nous lui faisions changer la couleur de son stylo dès qu'une pause dans son activité graphique apparaissait.
En ce qui concerne les questions posées au concepteur à propos de la tâche, il faut savoir que nous sommes nous-mêmes enseignant de Technologie du Bâtiment. Cette formation personnelle a eu pour conséquence une adhésion spontanée à la logique de la majorité des démarches effectuées. La plupart de nos questions portaient donc sur les parties de démarches que nous avions eu du mal à suivre. Celles-ci étaient posées pour la plupart à la fin de la tâche. Cependant, comme celle-ci était assez longue, nous avons posé certaines questions durant la conduite de la tâche. Ces questions étant dé-clenchées par notre difficulté à suivre la logique de la démarche du concepteur, celles-ci n'étaient donc pas toujours neutres, dans la mesure où elles étaient parfois sous-tendues par ce que nous aurions fait à sa place. D'autre part, nous avons pris le parti de réorienter le concepteur lorsqu'une contrainte majeure avait été oubliée par celui-ci (par exemple l'absence de poteaux en zone A), pour que la tâche effectuée par ce concepteur soit com-parable aux autres.
3.2. Modélisation du raisonnement
Celle-ci consiste en un réseau primaire et un réseau secondaire qui puissent rendre compte de l'ensemble du raisonnement qui a été effectué pour ac-complir la tâche.
Les prémisses et les conclusions des séquences des réseaux que nous de-vons construire font partie de ce qui est verbalisé, dessiné, écrit ou lu par le concepteur. Il est donc possible de les distinguer, parmi ce qui apparaît de la démarche du concepteur, si elles sont qualifiables comme éléments sur les-quels opère une connaissance, que nous supposons avoir été mise en œuvre par le concepteur. Enfin, la mise en œuvre de cette connaissance a pour
ob-jectif d'aboutir sur une définition de l'ossature conforme à certains princi-pes, solutions, etc., qu'il faut pouvoir définir à chaque fois.
Pour construire les réseaux, nous cherchons donc à constituer des ensem-bles {prémisses, conclusions, connaissance mise en œuvre}, et à les accro-cher les uns aux autres, en respectant le formalisme de notre modèle. Pour que ces réseaux constituent une modélisation du raisonnement, il faut bien sûr que toutes les prémisses et les conclusions apparaissent dans le proto-cole. Mais il faut également pouvoir préciser quels sont les principes et les solutions attachées à chacune des séquences, ce qui relève plutôt de la bi-bliographie, comme certaines connaissances mises en œuvre, également. 4. LE CAS D'UN INGÉNIEUR D’ÉTUDE EN BÉTON ARMÉ OU
« comment faire de l'acier avec du béton armé » 4.1. Vue d'ensemble du raisonnement
Nous analysons le rai-sonnement en deux réseaux. Le réseau primaire a pour objet la détermination et la validation de la trame de l'ossature. Le réseau secondaire consiste en la détermination et la validation des profilés constitutifs des poutres et des poteaux. La fi-gure 11 résume le ré-sultat de chacun de ces réseaux.
Nous verrons que les connaissances mises en œuvre pour cons-truire le réseau pri-maire n'ont pas besoin de la détermination préalable des profilés constitutifs des poutres et des poteaux. B B A A ZONE A ZONE B ZONE B HEA 300 IPE 180 COUPE AA HEA 300 HEA 200 IPE 550 COUPE BB HEB 550 Figure 11
Par contre, la mise en œuvre des connaissances permettant de construire le réseau secondaire nécessite la détermination préalable de toute la trame de l'ossature. Ceci explique la hiérarchie entre les deux réseaux
4.2. Le réseau primaire
4.2.1. Résumé codé du protocole
Ce résumé est constitué d'extraits du protocole, restitués dans l'ordre chro-nologique. Celui-ci se compose d'un texte, des dessins effectués sur le transparent, et de certaines notes prises par le concepteur (Figure 12). Le texte est organisé en paragraphe correspondant chacun à une séquence, au début desquels se trouve un numéro suivant l'ordre chronologique.
JET 2 T1 T1 JET 3 T2 T2 JET 1 P1 P1 P2 P2 P3 JET 4 R1 R'2 R2 R1 JET 5 S2 S2 S2 S2 S'2 S'2
¨≠
②
①
Dalle de 6 cm Bac collaborant200 kg/m + 75 kg/m
q=250 ou 400 kg/m PAB LS 77 903
épaisseur 1,00
portée 4,12 m avec dalle de 6 cm
2 2
2
Une phrase est précédée d'un E lorsqu'il s'agit d'une de mes interventions. Les différents "JETS" sont les différentes étapes chronologiques du dessin.
Les numéros entre parenthèse dans le texte renvoient aux notes.
1. "En ce qui concerne les poteaux principaux" (JET 1 JET 2 JET 3 JET 4),
"Çà, c'est l'ossature principale".
2. "0n a 7,15 m. de portée, on va donc recouper la portée: 10,80 m. divisé par 3; 3,60 m., c'est pas mal"(JET 5).
3. (①)"A priori, je vais avoir des petites poutrelles." Recherche de l'épais-seur 6 cm de dalle dans documentation sur bac acier collaborants, et ne trouve pas. E: "Vous ne trouverez pas, car c'est du coffrage perdu".
4. Choix d'un bac coffrage perdu de 4,12 m. de portée sur 3 appuis(②) 5. Compte le nombre de travée: "2,4,6; Ça va".
6. "0ui, mais alors, ma dalle de 6 cm., elle ne va pas marcher, puisque c'est du coffrage perdu." "On va calculer la portée de la dalle de 6 cm. avec q=400 kg et g=200 kg. Je vais calculer l'entre-axe que l'on peut donner aux poutrelles. On va prendre une portée courante, 30 fois, 30x6=1,80 entr'axe. 7,15 m. divisé par 5 = 1,43 m., je vais diviser par 4. 5,20 divisé par 3, cela fait 1,73 m".
7. Calcul sur ordinateur du moment réduit. "Cela me donne une idée, là j'ai 0,154. C'est bien."
4.2.2. Vue d'ensemble du réseau
Le raisonnement décrit par ce réseau (figure 13 double page suivante) a donc pour objet la détermination de la trame de l'ossature. Les spécifica-tions déterminées sont donc les entre-axes de poutres et des emplacements de poteaux. Les spécifications données stratégiques sont ici l'épaisseur de la dalle en béton armé et les charges sur le plancher.
Les séquences 3, 4 et 5 n' auraient pas existé sans une erreur d'interprétation du descriptif. 0n peut donc étudier la succession des séquences 1, 2, 6 et 7 en faisant abstraction du reste du réseau, que nous étudierons par la suite.
4.2.3. Un transfert de procédure
Lors des séquences 1, 2, 6 et 7, nous pensons que le concepteur conçoit la trame de l'ossature en procédant comme s'il s'agissait de concevoir une os-sature en béton armé.
• Possibilité du transfert
Dans une ossature métallique, la dalle porte systématiquement sur deux co-tés. D'autre part, lorsqu'une dalle est coulée sur un bac en coffrage perdu, celui-ci ne participe pas à la résistance de la dalle. Le calcul d'une dalle coulée sur un bac en coffrage perdu et portée par une ossature métallique est donc un cas particulier du calcul effectué lorsqu'il s'agit d'une ossature en béton armé.
Propriété d'une solution Portée du bac acier Axe poutres Ordre de grandeur des dimensions des mailles d'une trame de poteaux en béton armé
Allure
d'une trame rectangulaire de poutres en béton armé
Ratio
Portée dalle béton armé épaisseur dalle béton armé=30
Routine de dimensionnement du ferraillage d'une dalle
en béton armé
Charges sur le plancher g=200 kg/m q=400 kg/m épaisseur de la dalle=6 cm
2 2
Calcul ferraillage dalle possible 1 2 3 6 7 Point de vue STABILITÉ
Le concepteur peut donc procéder comme s'il s'agissait de concevoir une ossature en béton armé. Les connaissances mises en œuvre sont donc issues de sa pratique de conception des ossatures en béton armé.
• Les connaissances mises en œuvre
Un ordre de grandeur est une fourchette de valeurs qu'il n'est pas possible de définir par des valeurs limites. Il faut la définir par les valeurs qui y ren-trent ou qui n'y renren-trent pas à chaque fois que cette connaissance est mise en œuvre.
épaisseur de la dalle en béton armé : 6 cm
Nombre de
travées pair
Propriété d'une solution
Travée bac acier
Axe poutres Nombre de travées pair
Propriété d'une solution
Portée du bac acier Axe poutres épaisseur de la dalle en béton armé : 6 cm Charges sur le plancher g=200 kg/m q=400 kg/m épaisseur de la dalle=6 cm 2 2 4 5 Point de vue STABILITÉ RÉALISATION Bac LS 77903
Dans le cas présent, cette fourchette va au moins de la valeur 5,2 m. à la valeur 10,80 m.
L'allure est une connaissance que l'on utilise lors des travaux effectués à vue d'œil. Il s'agit ici d'une forme rectangulaire dont les proportions respectent une sorte de nombre d'or optique.Le ratio est une valeur du rapport entre la portée d'une dalle en béton armé et son épaisseur qui est utilisée comme ré-férence pour déterminer par combien d'intervalles faut-il découper 7,15 m. et 5,20 m.
4.2.4. Des branches mortes
• Les dalles en béton armé coulées sur bac
Il existe deux types de bac sur lesquels on coule une dalle en béton armé: ceux qui servent d'armatures inférieures pour la dalle, appelé "bac collabo-rant", et ceux qui ne servent qu'à couler la dalle, appelé bac en coffrage per-du. Dans un premier temps, le concepteur note par erreur que la dalle est coulée sur un bac collaborant, d'où la séquence 3. Après avoir enregistré qu'il s'agit d'une dalle coulée sur un bac en coffrage perdu, le concepteur cherche alors à savoir s'il est possible de réaliser cette solution constructive avec cette poutraison à deux niveaux. Cette possibilité constitue donc une validation de la trame de cette poutraison. C'est l'objet des séquences 4 et 5. Comme par la suite, le concepteur va s'orienter vers une ossature à 3 ni-veaux, ces séquences constituent des branches mortes, puisqu'elles valident une solution abandonnée.
• Les connaissances mises en œuvre
Pour pouvoir utiliser la documentation, le concepteur doit connaître une des propriétés de la solution constructive dalle coulée sur bac, laquelle est dé-crite sur le réseau.
4.3. Le réseau secondaire
4.3.1. Les principes, règles et solutions mis en œuvre
La poutraison est organisée en poutres principales (portée 10,80 m.), pou-trelles (portée 7,15 m. ou 5,20 m.) et solives (portée environ 1,80 m.). Les premières sont porteuses des secondes qui sont porteuses des troisièmes. La figure 14 résume les solutions constructives envisagées pour les disposer dans le vide du plancher. Les poutrelles et les poutres principales sont isos-tatiques, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas encastrées dans leur support. La poutraison est identique zone A et zone B. Les poutres sont réalisées avec des poutrelles en I ou H, en acier marchand feE24, disposés conformément au schéma de la figure 14. Solive Poutrelle Superposé Solives continues Poutre principale Solive Poutrelle En Œuvre Solives isostatiques Poutre principale OU OU Figure 14 Bord de la façade Figure 15
Les poteaux sont biarticulés et travaillent au flambement. Ils sont réalisés avec des poutrelles en H, en acier marchand FeE24 et disposés dans la fa-çade comme le montre la figure 15.
Tous ces principes et solutions constructives sont propres à la conception des ossatures métalliques, sauf l'organisation de la poutraison qui est éga-lement utilisée pour concevoir une ossature en béton armé.
4.3.2. Les connaissances mises en œuvre
Nous avons représenté une vue d'ensemble du réseau sous la même forme que celle utilisée lors de la vue d'ensemble du modèle (figure 16 double page suivante). Les numéros commencent à partir de 8, car il y a le réseau primaire. Étant donné les principes et les solutions constructives décrits ci-dessus, il faut donc déterminer le profilé de chacune des familles de poutres (avec une distinction entre les poutres principales centrales et de rives), ain-si que celui des poteaux. Le concepteur les détermine du point de vue stabi-lité et rigidité (séquences 8, 9, 14, 17, 18 et 19), en s'assurant par ailleurs que l'une des dispositions des solives et des poutrelles sera réalisable (sé-quences 10, 11, 12 et 13), que la poutraison ne sera pas trop lourde (point de vue économique, séquences 15 et 16), et que l'assemblage des poutres prin-cipales de rives sur le poteau sera possible (séquence 20).
• Les routines de calcul
Les séquences 8, 9, 14 et 18 sont en réalité composées de deux séquences, que nous avons résumées en une sur la vue d'ensemble du réseau. La sé-quence 9 se compose par exemple des sésé-quences apparaissant figure 17.
Profilé Poutrelle= IPE 400 Profilé solives = IPE 180 Charge non ponctuelle p=3630 daN/m Entre-axe poutrelles 3,60 m Portée poutrelle7,15 m Routine de dimensionnement : d'une porté isostatique en poutrelle Fe E24 type I ou H Routine d'estimation de
charge de calcul : des poutres d'un plancher métallique
Figure 17
La routine d'estimation des charges de calcul a la même structure que celle qui sera mise en œuvre pour calculer la charge de calcul sur la poutre, lors de la phase de calcul. Mais, premièrement, le poids propre de la poutre concernée est estimée, puisqu'il n'est pas encore connu, et deuxièmement, c'est un calcul rapide, conduit à la calculette : du coup, les nombres sont plus arrondis, et les zones de reprise des charges sont simplifiées.
La routine de dimensionnement utilise les mêmes formules que celles des routines de vérification du point de vue stabilité mais en sens inverse.
HEA 200 Allure correcte IPE 550 PROPRIÉTÉS À DÉTERMINER • Profilé solives • Profilé poutrelles • Profilé poutres principales centrales • Profilé poutres principales de rive • Profilé poteaux 8 9 10 11 19 16 Profilé solives : IPE180 Charges sur le plancher
g=200 kg/m q=400 kg/m2 2
STABILITÉ RIGIDITÉ
Profilé poutres principales centrales : HEA 600 Profilé poutrelles : IPE400 Stabilité poteau : vérifiée STABILITÉ RIGIDITÉ
Lorsqu'on vérifie la stabilité, on entre le module I/v de la poutre, et on véri-fie si la contrainte est admissible. Quand on dimensionne, on pose que la contrainte est admissible, et on en déduit la valeur minimale du module cor-respondante. Mais la valeur limite de la contrainte utilisée pour dimension-ner est inférieure à celle utilisée pour vérifier, afin de dimensiondimension-ner la pou-tre des deux points de vue stabilité et rigidité par la mise en œuvre d'une seule connaissance.
700 200 300 140 HEA 300 Dalle BA de 6 cm + Bac LS77903 Gaine 700 180 140 IPE 400 Dalle BA de 6 cm + Bac LS77903 IPE 180 400 ✕
(je ne peux pas)
(c'est juste) 700 200 140 IPE 400 400 ✕Gaine
Dalle BA de 6 cm sur Bac LS77903
12 13 14 15 18 17 20 STABILITÉ
Profilé poutres principales de rive : IPE 550
Profilé poutres principales centrales : HEB 550 Profilé poutrelle : IPE300 Poids de la poutraison "Pas fabuleux" Profilé du poteau P2 : HEA 200 STABILITÉ RIGIDITÉ STABILITÉ RIGIDITÉ ÉCONOMIQUE Figure 16
Les séquences 8 et 14 mettent en œuvre les mêmes connaissances. Le choix du type de profilé relève en effet des solutions constructives. Les routines mises en œuvre pour la séquence 18 entretiennent le même rapport ap-proximatif avec celles que l'on utilise pour vérifier les poteaux métalliques d'une ossature. La séquence 19 met en œuvre une des routines de vérifica-tion que l'on utilise lors des phases de calcul.
Mais elle est conduite à la calculette, d'où une certaine approximation dans les calculs.
Propriété de routine
Le dimensionnement des poutres de rives (séquence 17) aurait pu se faire en mettant en œuvre les routines utilisées pour dimensionner les poutres prin-cipales centrales. Or, la largeur de reprise des charges est le seul prémisse qui diffère. Pour gagner du temps, le concepteur a alors utilisé l'invariance du rapport : module d'inertie minimal / largeur de reprise des charges, qui
est une propriété de cette routine, pour en déduire le profilé des poutres de rives.
• Propriété de produit
Pour réaliser les séquences 12 et 16, le concepteur met en œuvre des pro-priétés des profilés du type HEA. Les autres connaissances mises en œuvre relèvent de catégories que nous avons décrites à propos du réseau principal. 4.4. Aspects stratégiques : La réserve d'indétermination
On constatera que le concepteur termine la construction du réseau primaire avant de construire le réseau secondaire. Lors de la construction de celui-ci, il effectue les séquences d'évaluations dès que les prémisses nécessaires pour ce faire sont réunies. Il n'y a donc pas de remise en cause trop tardive. Comme nous ne présentons ici qu'un seul protocole, nous ne pouvons pas étudier ici la question des différentes procédures possibles pour aboutir à une même solution.
5. ENSEIGNEMENTS DE CETTE ÉTUDE DE CAS ET PERSPECTIVES
Nous pouvons tirer quelques conclusions concernant l'enseignement de la conception, et sa relation avec les autres enseignements disciplinaires.
5.1. L'enseignement de la conception
Il ressort de cette étude de cas que le transfert de connaissances, voire de procédure, d'un domaine à un autre est possible, et peut être efficace. Ce serait donc une erreur d'interdire cette attitude aux élèves.
D'autre part, il apparaît que la logique du raisonnement découle des connaissances disponibles, autrement dit que chacun procède avec les moyens dont il dispose. On peut donc juger de l'efficacité d'une démarche de deux points de vue. Du point de vue du résultat final, qui découle des connaissances dont dispose le concepteur, car celles-ci peuvent être des ou-tils plus ou moins efficaces. Ce jugement revient à comparer cette démarche à d'autres, conduites à l'aide d'autres connaissances. Du point de vue de la réserve d'indétermination, jugement qui s'effectue en prenant comme réfé-rence la logique du raisonnement, laquelle découle des connaissances dont dispose le concepteur. On compare ici la démarche effective à ce qu'elle doit être lorsque cette réserve est bien effectuée, et non à d'autres démar-ches. Le modèle de raisonnement que nous avons construit semble donc être
un outil adapté pour juger des performances des élèves de ces deux points de vue.
5.2. Relation avec les autres enseignements disciplinaires
Nous pouvons classer certaines des connaissances mises en œuvre suivant le champ disciplinaire dont elle font partie. C'est le cas des routines de cal-cul qui relèvent de la Statique et de la Résistance des Matériaux. Il est plus difficile de classer les autres. Certaines de ces connaissances sont facile-ment communicables, comme les propriétés des solutions ou des produits, les ratios. On les retrouve d'ailleurs dans les enseignements et dans les ou-vrages de Technologie. D'autres, comme les allures et les ordres de gran-deurs ne sont guère enseignables dans le cadre d'une des disciplines insti-tuées, car elles ne se forgent que par la pratique de la conception.
5.3. Perspectives
Dans un prochain article, nous rendrons compte des résultats de l'analyse de l'ensemble des huit protocoles, qui devrait nous permettre d'évaluer ce mo-dèle. Nous qualifierons les connaissances et les principes, solutions cons-tructives, etc., que leur mise en œuvre promeut. Nous étudierons l'influence des connaissances disponibles sur la forme du raisonnement. Nous étudie-rons également d'autres aspects stratégiques, qui nécessitent l'ensemble des protocoles pour être étudié.
RÉFÉRENCES
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