Spécialité SI en première
Vue d'ensemble des thèmes étudiés en première année
Estimer et répondre aux besoins énergétiques d’aujourd’hui, dans le respect de l’environnement
Il est important de pouvoir évaluer les besoins en énergie que nécessite un système pour fonctionner dans les conditions prévues d’utilisation. Par exemple, un drone utilisé pour effectuer une reconnaissance sur site ne doit pas tomber en panne de batterie avant d’avoir effectué sa mission.
De plus, comme certaines énergies sont plus respectueuses de l’environnement que d’autres, notre société tend à les développer davantage.
Analyser les systèmes pluri techniques en vue de satisfaire les besoins de l’utilisateur
L’ingénierie système s’intéresse à des produits complexes comprenant des sous-systèmes matériels, logiciels et humains en interaction. Elle prend en compte l’ensemble du cycle de vie du produit, du besoin exprimé au traitement en fin de vie du produit à concevoir.
Actuellement, l’outil SysML (Systems Modeling Language, issu de l’UML pratiqué en informatique) est utilisé comme outil descriptif adapté aux systèmes complexes.
Mieux concevoir, et moins cher !
Pour valider leur conception, les ingénieurs utilisent des outils de simulation de plus en plus réalistes et capables de reproduire virtuellement des essais d’une grande complexité. En effet, les ingénieurs n’ont pas toujours la possibilité d’expérimenter et de modifier facilement les spécifications d’un système réel. Imaginez par exemple devoir faire des essais sur une fusée en condition réelle plusieurs fois par jour : c’est impossible ! Plutôt que d’expérimenter sur un système réel, ils utilisent un modèle de simulation.
La simulation multi-physique est, en analyse numérique, une tentative de reproduction du comportement d’un modèle dépendant de différents domaines des sciences physiques. Il peut s’agir de domaines mécaniques, thermiques, chimiques, électromagnétiques, etc.
Les structures, les enveloppes, les ouvrages et les systèmes mécaniques
L’action mécanique est un concept utilisé en mécanique appliquée pour décrire tous les phénomènes provoquant un mouvement ou une déformation. Ce concept regroupe les notions de force et de moments utilisées en mécanique générale.
Une action mécanique est perceptible par son effet statique ou dynamique. Ici, nous nous intéresserons au principe fondamental de la statique (PFS) qui exprime les conditions d’équilibre d’un système.
Les échanges et la communication d’informations
Les capteurs sont des composants de prélèvement d’information sur différentes grandeurs physiques de l’environnement.
Une centrale inertielle, constituée d’un accéléromètre, d’un gyroscope et d’un magnétomètre est par exemple utilisée dans un drone pour acquérir en temps réel son orientation dans l’espace.
L’obtention d’une donnée par une chaîne d’acquisition nécessite souvent plusieurs opérations, notamment dans le traitement et la restitution du signal.
Par exemple, les ondes lumineuses émises et reçues par un LIDAR utilisé dans le cadre de la conduite autonome sont envoyées et reçues par un capteur. Elles sont ensuite conditionnées et numérisées pour être traitées par l’intelligence artificielle embarquée dans une carte électronique spécialisée.
Les informations traitées peuvent également être transportées de différentes manières (par exemple par ondes radio, sur des câbles de transmission ou encore par fibre optique).
Analyser et modéliser la cinématique des systèmes
La cinématique est l’étude des mouvements de points ou de solides indéformables d’un système, indépendamment des causes à l’origine de ces mouvements.
De manière plus générale, un mécanisme est l’association de plusieurs pièces liées entre elles par des contacts physiques qui les rendent totalement ou partiellement solidaires, selon qu’ils autorisent ou non des mouvements relatifs. La liaison mécanique est un modèle cinématique utilisé pour décrire cette relation.
Le torseur des actions mécaniques associé à ces liaisons permet de représenter de façon pratique les actions mécaniques (forces et moments) décrivant l’action d’une pièce sur une autre. Le torseur cinématique permet quant à lui de représenter de façon pratique les comportements de translation et de rotation d’un solide : il décrit la cinématique du solide.
Comportement des produits à événement discret
La programmation est une connaissance essentielle dans de nombreux secteurs d’activité. Savoir programmer permet d’être un acteur du développement des nouvelles technologies et permet de structurer son raisonnement.
Le langage de programmation Python favorise la programmation structurée, fonctionnelle et orientée objet.
Challenge de 12h
Au cours de l’année scolaire, nous réservons 12h pour travailler sur un projet. Parmi les sujets qui peuvent être abordés, celui du Jetbot de nvidia est certainement un challenge d’actualité. L’objectif est ici de mettre en œuvre de l’intelligence artificielle dans une carte de développement conçue par nvidia (le kit Jetson nano) afin de piloter un robot capable par exemple de détecter des obstacles et de les éviter.
Le kit Jetson nano de nvidia est spécialement conçu pour traiter des modèles d’intelligence artificielle. Ses possibilités de calculs sont en effet beaucoup plus importantes que ce qu’on peut par exemple réaliser avec un Raspberry PI car il intègre, en plus d’un ARM Cortex-A57, un GPU de 128 cœurs CUDA.
Olympiades de sciences de l’ingénieur
Rendez-vous annuel incontournable des jeunes scientifiques, ce concours national s’adresse aux lycéens des classes de première et terminale (Spécialité SI, STI2D). Le travail s’effectue par équipe. Chacune d’entre-elles est constituée de deux à cinq lycéens, encadrés par un ou deux enseignants. Les projets réalisés par les équipes devront intégrer des travaux expérimentaux pluri-technologiques dans le domaine des Sciences de l’Ingénieur.
Voici par exemple le projet qu’une équipe de terminale a présenté aux finales nationales des Olympiades de SI en 2018.
