innovation pédagogique

Dans sa finalité, le baccalauréat STI2D ne cible pas les gestes professionnels (câblage, soudure...) pour eux-mêmes. Tourné vers la poursuite d'études en école d'ingénieurs, DUT (Diplôme universitaire de technologie) ou BTS (Brevet de technicien supérieur), il préconise la conduite de projets dans leur globalité. La formation a pour objet l'étude et la recherche, par l'élève, de solutions techniques innovantes intégrées dans une démarche de développement durable. À cet égard, en trinômes, les élèves s'engagent dès septembre autour d'une problématique technologique et écologique. Le travail est évalué en CCF (Contrôle en cours de formation) par plusieurs professeurs ; une soutenance orale porte sur la démarche de projet et le produit réalisé. Concrètement, que fait-on pour écoconcevoir au-delà des grands principes généraux ? Comment comprendre le problème et trouver des solutions sur le type de matière, la production et la forme idéales ? Ce sont les quatre enseignants du pôle technologique qui, ensemble, sur des temps de concertation personnels, réfléchissent en amont à de nouvelles réalisations utiles à l'environnement et aux sociétés. Il faut tout inventer ! Cette année, les sujets sont variés : l'isolation d'un cabanon autonome énergétiquement, la récupération de l'énergie hydraulique dans une gouttière, l'adaptation d'un moteur électrique pour une voiture quatre roues motrices, un four solaire adaptable pour une population nomade... Quentin, Alexandre et Brendan travaillent sur cette thématique héliotropique. Pour anticiper, dès la classe de première, les enseignants leur proposent des projets à échelle plus réduite, sur une quinzaine d'heures. Les professeurs envisagent la construction progressive des compétences sur deux ans. L'idée est de progresser par l'expérimentation directe (comment fournir de la chaleur à de l'eau dans une cuve à partir d'une énergie renouvelable), de retenir qu'avant de se précipiter (percer des trous dans un couvercle pour passer des tuyaux), il vaut mieux réfléchir les trous laisseront forcément passer l'eau ! (voir ci-contre). Ces compétences initiées en première se transfèrent et se complètent l'année suivante. En terminale, les élèves vont disposer de quatorze heures hebdomadaires pour échelonner sur l'année leurs pratiques réflexives en privilégiant l'autonomie, la répartition des tâches au sein du trinôme, ainsi que la gestion du calendrier. À l'instar des enseignants qui montrent l'exemple, les lycéens travaillent en équipes. Pour ce faire, chaque groupe établit un calendrier en diagramme de Gantt 2 avec les jalons prévisionnels des différentes étapes du projet : conception préliminaire puis détaillée, prototypage, tests et validation (voir annexe). Parfois, le projet prend légèrement du retard ou de l'avance et il est toujours possible de repréciser les délais. Cependant, ce découpage temporel permet un cadrage chronologique à tous les membres, imposant à chacun le respect des délais, sous peine de pénaliser le groupe... ou comment développer le sens de la responsabilité.

Dans un premier temps, Alexandre est responsable de la conception préliminaire du support du four solaire. C'est en fonction du choix de ce support que seront ensuite étudiées les modalités de la coupole par ses deux camarades. Dans un deuxième temps, Quentin devra songer à son principe de rotation en respectant l'azimut (angle formé par le plan vertical d'un astre et le plan méridien du point d'observation). Puis, Brendan réfléchira aux axes de sa deuxième rotation pour suivre, tel le tournesol, la course solaire. Les enseignants ont laissé chaque élève se positionner à sa guise, en fonction de ses aptitudes, à un stade du projet. Ils ont toutefois vérifié que les étapes étaient synonymes d'apprentissages variés pour tous les membres du groupe. Des discussions ont eu lieu dans chaque trinôme pour décider de la place de chacun. L'on comprend bien que des avancées de l'un dépendent le suivi et la justesse de conception des autres membres du trinôme. Une fois ce phasage établi, chaque partenaire du trinôme réfléchit à son propre objectif de réalisation. Ainsi, pour optimiser la mise en place de la coupole face au soleil et trouver le juste chemin (azimut, de l'arabe "az-samt chemin"), Brendan, jeune chercheur, développe sa maîtrise d'un modeleur volumique (voir ci-dessus).
L'utilisation du numérique permet, avant la réalisation effective du prototype, la conception virtuelle de la maquette pour en définir les atouts et les limites. Une fois ces esquisses réalisées, Brendan propose ses suggestions à ses camarades et aux professeurs. Le travail en équipe suscite une communication étayée, des hypothèses proposées, affirmées et contrecarrées. Les compétences techniques et mathématiques sont partagées, le dossier informatique mis en réseau reste accessible à tous. Les enseignants deviennent soutiens ou régulateurs en cas d'erreurs. C'est un vrai échange. Sur la conception préliminaire, Alexandre témoigne de ses tâtonnements face au cahier des charges précis et contraignant (voir ci-dessous).
En effet, le STI2D explore la recherche de solutions techniques innovantes. En découlent pour l'élève des compétences nécessaires à l'analyse, l'écoconception et l'intégration dans une démarche de développement durable. Ici, le four solaire doit s'adapter aux fortes températures du désert, résister aux intempéries, être léger en ne dépassant pas dix kilogrammes, démontable en quinze minutes et facilement transportable par les populations nomades. Quel challenge !

Sur chaque projet soumis aux élèves, les enseignants souhaitent illustrer leur démarche de compétences transversales. Ici, l'idée consiste à offrir à des peuples non sédentaires la capacité à chauffer des aliments. L'enjeu concerne l'érosion des sols et la déforestation en Afrique, les bosquets étant régulièrement coupés pour le chauffage. Cette idée ingénieuse est née l'année précédente durant la rencontre du pôle technologique avec une délégation du Burundi venue à Blaise-Pascal. En effet, deux élèves burundais sont scolarisés en section sports-études au sein du lycée. Lors de cette visite, le problème de déforestation en Afrique avait été abordé, donnant l'envie aux élèves segréens de se pencher sur le sujet. Dès la rentrée, les lycéens de terminale reprennent le flambeau. Concernant la contrainte du démontage du four (plié-déplié), Alexandre et ses partenaires réfléchissent à un pied adaptable. C'est ensemble qu'ils élaborent leurs hypothèses. Deux solutions leur viennent tout d'abord à l'esprit :

• soit un pied télescopique coulissant type parasol,

• soit un trépied rétractable

Les esquisses, dessins multiples, se succèdent comme autant de phases de réflexion. On apprend que les croquis, gribouillages et reprises sont partie prenante de la conception. Du côté enseignants, la place est laissée à l'initiative, à la créativité des adolescents. L'erreur est constructive et participe à l'élaboration finale. Finalement, c'est la seconde hypothèse qui semble l'emporter, le tripode offrant l'avantage d'une meilleure adaptation aux inclinaisons du sol. Contrairement au plancher de nos maisons, le terrain des dunes n'a rien de linéaire ! Le trépied imaginé peut se positionner sur une pente allant jusqu'à trente degrés. Les calculs mathématiques et vecteurs de sciences physiques entrent en œuvre et s'inscrivent dans les hypothèses successives. À chaque étape, les trois jeunes communiquent et avancent dans la même direction. La démarche de projet multiplie les croisements interdisciplinaires. Au fur et à mesure des avancées du projet, celui-ci est soumis aux enseignants qui questionnent le groupe sur ses arguments techniques. Les élèves doivent être capables de justifier les choix des structures de leur système et des matériaux choisis. Pour l'aspect environnemental, c'est l'aluminium, léger et respectant les conditions climatiques, qui est retenu. Au stade de la conception détaillée, Brendan œuvre sur un système avec pignon et crémaillère, courroies et vérins facilitant la rotation en azimut et en inclinaison. Il faut enfin envisager le point d'orgue de la réalisation, à savoir le support compatible avec les denrées alimentaires tout en récupérant un maximum de chaleur. Aidés par les enseignants qui les orientent vers une variété de matériaux envisageables, les élèves décident de recouvrir la coupole plastique de feuilles d'aluminium, légères et concentrant les rayons solaires en leur épicentre. Il s'agit de faire réfléchir sur l'efficacité énergétique globale du système. Ainsi équipées, la coupole et sa broche sont capables de rôtir un poulet à température de deux cents degrés ! Mission durable accomplie !

Finalement, la mise en place de ce pôle technologique au lycée Blaise-Pascal a permis la mise en synergie des compétences complémentaires des quatre enseignants, l'énergie stimulante des adultes rejaillissant sur la confiance créative des adolescents. O. Geffard s'estime "heureux de travailler dans cette équipe transversale. On a également une grande chance, c'est la réelle confiance que le chef des travaux et le proviseur nous accordent dans ce fonctionnement. Cette année est la première où l'on respire, on sait où l'on va, avec franchise et tolérance entre nous". Désormais, les quatre mousquetaires souhaitent développer, élargir cette façon de travailler à l'ensemble de l'équipe pédagogique. Dans l'esprit STI2D, les mathématiques et les sciences physiques pourraient certainement trouver des points d'accroche pour s'entrecroiser face aux élèves. Une première passerelle s'est déjà tissée avec le professeur d'anglais. Sur une heure de technologie hebdomadaire, le professeur de langue vivante coanime le cours pour permettre aux élèves de poser les questions techniques en langue anglaise. Ils s'entraînent ainsi concrètement à l'examen du baccalauréat, où les lycéens ont une revue de projet à exposer en anglais (cinq minutes d'exposé face aux examinateurs, puis cinq minutes de questionnement). Conformément aux objectifs attendus, les lycéens présentent et argumentent leur démarche, leurs résultats, y compris dans une langue étrangère. Jusqu'en 2017 (programme de langue publié pour les cessions de 2013 à 2016), cette évaluation nationale s'effectue en note "bonus", de façon à valoriser les élèves dans cette démarche optionnelle. Seuls sont pris en compte les points supérieurs à la moyenne. D'ailleurs, les élèves ne sont pas les seuls bénéficiaires de cet échange bilingue. Les professeurs admettent avec humour leurs lacunes dans la langue de Shakespeare et en profitent pour se remettre à niveau. En parallèle, les élèves se sentent décomplexés par les difficultés de leurs enseignants et leur viennent parfois en aide sur certaines subtilités de vocabulaire technique. De cette expérience innovante, tous ont finalement appris que c'est ensemble, sans clivage de spécialité, d'âge ou de statut, que l'on résout le mieux les problèmes, de façon durable...

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1. Philippe Perrenoud, Enfance & Psy, 2004, faculté de psychologie et des sciences de l'Éducation université de Genève.
2. Le diagramme de GANTT est un outil permettant de modéliser la planification de tâches nécessaires à la réalisation d'un projet. Il s'agit d'un outil inventé en 1917 par Henry L. GANTT.