ANALYSE DE L’OFFRE ÉDITORIALE EN TECHNOLOGIE
DE LA CONSTRUCTION MÉCANIQUE RELATIVEMENT
À LA FORMATION À LA GESTION DES RISQUES
Yves CARTONNET
L.I.R.E.S.T.-G.D.S.T.C., E.N.S. de Cachan
MOTS-CLÉS : GÉNIE TECHNIQUE - OUTILS DIDACTIQUES - GESTION DU RISQUE
RÉSUMÉ : Qu’apprendre à de futurs techniciens et ingénieurs pour les former à la gestion des risques liés aux défaillances techniques des machines ? Pour répondre, je propose un modèle de structuration des connaissances techniques énonçables. Il permet d’expliciter ce qui est à enseigner pour assurer cette pré-professionnalisation. Puis je l’applique à l’analyse de l’offre éditoriale. Il apparaît alors un changement d’importance entre les descriptions de machines et les outils théoriques prédictifs. Depuis 1980, ces derniers occupent une place prépondérante.
SUMMARY : What is to be taught to futur enginers about the failures of machines ? I give a model which allows to structure the technical knowledge. And I use it for the analysis of the technical books published during the last 50 years. Consequently, we can see an important change of number between the descritption of machines and the scientific analysis. Since 1980, the main contents of technical books are scientific analysis.
1. INTRODUCTION
La capacité à anticiper est centrale pour un ingénieur, un concepteur. Du point de vue des journées sur la communication et la culture scientifique et industrielle de cette année 2000, elle est garante d’une partie de la gestion des risques. Comment former cette capacité ? En particulier dans le domaine du génie mécanique, quelles connaissances techniques doit-on enseigner ? Au préalable, comment catégoriser les connaissances techniques ?
Comme le montrent Y. LEGOUX (1972) ou R. DAY (1991), les formations techniques supérieures sont passées de « l’atelier » au « laboratoire », ce qu’on peut caractériser comme un passage du « professionnel » au « technologique ». En termes d’activités, il y a maintenant une nette séparation entre le monde de l’école et le monde professionnel. Ce constat nous amène, d’une part, à affirmer le rôle irremplaçable des stages en entreprise. C’est là, et seulement là, qu’il peut y avoir professionnalisation. Et d’autre part, cela nous amène à nous interroger sur les connaissances techniques à enseigner pour pré-professionnaliser les étudiants. En particulier, comment les armer pour comprendre les situations de travail, pour leur éviter de faire seulement des calculs, qui auraient perdu toute finalité pratique. Les modèles théoriques sont des outils prédictifs précieux. Mais leur utilisation n’est pas systématiquement pertinente.
2. LE MODÈLE PYSTILE
Des entretiens avec trois enseignants-chercheurs en mécanique de l’École Normale Supérieure de Cachan, deux ingénieurs en exercices, deux enseignants de classes préparatoires aux grandes écoles, et notre propre pratique de formateurs à l’E.N.S. de Cachan nous ont permis de définir ces quatre catégories de connaissances du monde socio-technique de la conception, nécessaires pour accomplir cette activité. Notre modèle PYSTILE (PYramide de Sciences et Techniques IndustrielLEs) peut se représenter par une pyramide à base triangulaire. Les sommets figurent les quatre types de contenus à enseigner (figure 1).
Le contexte : il sert à classer les machines, équivalentes par leur fonction d’usage, leurs performances et les mêmes modes de défaillances prépondérants qu’elles subissent. Par exemple, les guidages en rotation par éléments roulants dans le contexte des véhicules ferroviaires, des locomotives, doivent être conçus pour répondre à six modes de défaillances prépondérants dans ce contexte : la fatigue, la pollution par la silice issue des ballasts, les passages de courant, les sur-couples au démarrage dus aux moteurs asynchrones, les glissements de sous-chargement et les vibrations générées par l’espacement régulier des traverses soutenant les rails. On doit connaître les
contextes pour eux-mêmes comme les buts à atteindre, indépendamment des solutions techniques classiques, qui permettent de les atteindre. Les ingénieurs expérimentés sont ceux qui connaissent les contextes. ordres de grandeur comportementaux objets simulés objets industriels Contexte
Figure 1 : le modèle PYSTILE
Les objets industriels : comme l’analysent G. SIMONDON (1958) et D. PARROCHIA (1998), un déterminant d’une conception est l’état de l’existant technique. Par conséquent, sa connaissance, au sens des possibles qu’il offre et des contraintes qu’il impose, doit être connu par le concepteur. Dans cette catégorie des « objets industriels », il s’agit donc de décrire les solutions constructives existantes et classiques qui résistent aux modes de défaillance prépondérants évoqués dans le contexte. Cette deuxième catégorie est constituée des représentations des solutions techniques, réponses que l’industrie a apportée à un contexte donné.
Les objets simulés : les contenus d’enseignement de cette troisième catégorie sont les modèles qui permettent des simulations prédictives des différents comportements mécaniques de l’objet à fabriquer. La simulation des comportements permet ainsi de prévoir les réponses de la machine aux sollicitations et d’éviter les modes de défaillances connus.
Enfin, la quatrième catégorie est constituée des ordres de grandeur comportementaux. Ce sont les réponses des solutions classiques, relatives à un contexte donné, aux sollicitations du contexte d’utilisation. Ces connaissances caractérisent l’expertise. En effet, on qualifiera d’expert celui qui sait, même à 20% près, quelle valeur prendra telle caractéristique avec telle solution technique, par exemple les valeurs des coefficients de frottement ferrodo-fonte pour des freins à disque.
On classe également dans cette catégorie les comparaisons entre contexte par le diagrammes de performances. Par exemple, les pompes sont caractérisées par leur performances en terme de débit, Q, et de pression de refoulement, P. On compare les familles de pompes fonctionnant selon des principes cinématiques différents en les situant dans le diagramme de performances [Q, P].
3. ANALYSE DE L’OFFRE ÉDITORIALE EN CONSTRUCTION MÉCANIQUE
Les catégories de connaissances décrites dans PYSTILE sont-elles présentes dans les livres de conception mécanique ? Nous avons cherché les catégories sur un exemple technique précis : les distributeurs à tiroirs. Il est apparu qu’on peut classer entièrement le contenu des ouvrages, aussi bien pour les ouvrages d’experts que pour les ouvrages scolaires, dans les quatre catégories de PYSTILE. Le modèle semble donc pertinent pour décrire les connaissances techniques énonçables. L’enseignement de ces connaissances a cependant évolué avec l’évolution de la rationalisation de la conception. La capacité d’anticipation s’appuie aujourd’hui davantage sur la rationalité, le calcul prédictif que sur une reproduction de ce qui « marche bien ». Pour examiner ces évolutions, nous avons analysé les ouvrages selon le modèle PYSTILE pour évaluer l’importance relative de l’utilisation des objets industriels ou des objets simulés qu’en font leurs auteurs. Nos sources sont, essentiellement le fond de la bibliothèque de l’École Normale Supérieure de Cachan, dont la représentativité a été vérifiée par les catalogues électroniques des bibliothèques de l’École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, du Conservatoire Nationale des Arts et Métiers et de la B.N.F.
Pour examiner cette question, nous avons compté les graphismes par leur type, selon qu’ils représentent des objets industriels ou des objets simulés. Sur le graphique suivant, il apparaît que le taux de graphismes, relevant des objets industriels ou des objets simulés, dans les ouvrages évolue dans le temps selon leur type. Nous y distinguons deux périodes.
Avant les années 70, les objets industriels, la description des machines est prépondérante. Cela est dû à la publication dans cette période de nombreux ouvrages décrivant les réalisations techniques des fonctions techniques de base, comme la lubrification, l’étanchéité, les guidages, les assemblages (taux proches ou supérieurs à 1). Dès le début des années 80 les objets simulés, les modèles théoriques d’analyse prennent la première place, et devancent les descriptions d’objets industriels. Cependant, cette évolution vers une modélisation explicite ne s’effectue pas de la même façon selon que les auteurs sont des ingénieurs spécialistes d’un domaine et écrivant une « monographie » industrielle, ou un catalogue de composants répondant aux fonctions techniques de base, ou des enseignants, souvent de classes préparatoires aux grandes écoles.
Notons, par souci méthodologique, que les graphismes descriptifs des comportements mécaniques, lorsqu’ils sont en moins grand nombre, ne sont pas remplacés par des tableaux ou par des discours, sinon ils sont pris en compte.
Les deux périodes se distinguent, d’une part, par une baisse sensible, plus de la moitié, des graphismes descriptifs des solutions constructives. Cette baisse est due à l’abandon de l’édition d’ouvrages relatifs aux solutions constructives répondant aux fonctions techniques de base évoqués plus haut. À partir de 1978, date de la réédition de l’ouvrage d’un ingénieur allemand, E. MAYER, sur les garnitures d’étanchéité, aucun livre de cette nature n’a plus été publié, à notre connaissance. Mais par contre, d’autre part, les taux de graphismes descriptifs des comportements mécaniques ne changent que très peu entre les deux périodes, surtout en ce qui concerne les ouvrages écrits par des professionnels, ingénieurs en entreprises.
4. DISCUSSION
Nous pensons donc que c’est l’apprentissage des contextes et l’apprentissage de l’utilisation des outils prédictifs pertinents à un contexte, qui formeront la capacité d’un concepteur à gérer des risques, en considérant ceux qui sont liés aux modes de défaillance prépondérants. La recherche de ces deux aspects de formation dans les livres publiés donne deux résultats :
- les savoirs énonçables [MALGLAIVE, 1990] du concepteur relèvent de quatre catégories modélisées par PYSTILE, que l’on retrouve dans les ouvrages écrits par des professionnels ;
- un changement de contenu s’est opérée dans l’offre éditoriale de construction mécanique, entre 1970 et 1980. Les modèles théoriques occupent désormais une place prépondérante.
Cette place prépondérante prise par les modèles, devant les solutions techniques, interroge : les écoles d’ingénieurs ne formeront-elles bientôt plus qu’aux modèles physico-chimiques ? L’accès à la connaissance des contextes ne sera-t-il assuré que par les seuls stages ? Car, par ailleurs, on constate une formalisation des connaissances en entreprise pour leur capitalisation et leur gestion pour la formation des nouveaux embauchés ou leur réutilisation lors de projets nouveaux. La question de la confidentialité des connaissances et donc de leur disponibilité pour l’enseignement se pose avec plus d’actualité. Notons qu’elle s’est posée depuis quelques décennies. Dans les ouvrages écrits par des auteurs issus d’entreprises, ce problème est toujours soulevé en avant-propos ou en préface. Dans la préface du livre de M. STEPANOFF (1961) on peut lire « M. STEPANOFF n’a pas hésité à divulguer ses connaissances, ce qui est rare de la part d’un constructeur. ». R. BRUN (1967), quant à lui, dans l’avant-propos de son livre sur les moteurs diesels « tient également à remercier [ses] chefs qui [lui] ont permis de faire part de l’expérience acquise ».
Si l’on admet que la capacité d’anticipation est principale en conception, il est fondamental de l’enseigner, ou de la préparer par l’enseignement. C’est évidemment pour cela que les contextes de machines, définis par la connaissance des performances et des modes de défaillance prépondérants qui le caractérisent, sont au cœur des contenus d’enseignement à la conception que nous pensons pré-professionnalisant. Avoir utilisé ce concept en formation, en avoir mesuré l’intérêt pour le choix des évaluations et des modèles adaptés, permet aux jeunes concepteurs de chercher à le définir dans un nouvel emploi de concepteur, dans un autre contexte de machines.
Se pose alors pour les enseignants d’élèves-techniciens ou d’élèves-ingénieurs, et les formateurs de ces enseignants, la difficulté de l’accès à la connaissance de ces contextes.
BIBLIOGRAPHIE
CARTONNET Y., CLOTILDE B., Le modèle PYSTILE. Des concepts pour penser les contenus et leurs modes d’enseignement en STI, Technologies et formations, 1998, 76,12-14 et 79, 37-39. DAY R., Les écoles d’arts et métiers, Belin, 1991.
LEGOUX Y., Du compagnon au technicien, Technique et Vulgarisation, 1972. MALGLAIVE G., Enseigner à des adultes, P.U.F., 1990.
PARROCHIA D., La conception technologique, P.U.F., 1998.
