Europe Solidaire
CultureEconomieEducationEnvironnementInstitutionsInternationalSciencesSécurité/DéfenseSocialTechnologiesValeurs
Aggrandir Réduire Reinitialiser

En quoi l'imprimante 3D peut-elle « révolutionner » l'enseignement?

Emmanuel Davidenkoff insiste beaucoup sur la technique de l'impression 3D (3 dimensions) comme composante essentielle du tsunami numérique susceptible de bouleverser, sinon révolutionner l'enseignement (1) Or, beaucoup de personnes n'ont pas encore compris en quoi exactement cette technique pourrait avoir, conjointement avec les MOOCS mieux connus, un tel effet révolutionnaire.
Tentons ici d'apporter quelques précisions Nous pouvons les résumer en 3 points (et demi). Ajoutons d'emblée que lorsque nous parlerons ci-dessous d'enseignement, il s'agira de toutes les formes existantes d'enseignement: primaire, secondaire, supérieur, technique, professionnel, continu ou de reconversion (en cours de parcours professionnel). Dans ces deux derniers domaines, notamment, existent d'importants budgets qui ne sont pas toujours employés à propos.

Le « tsunami » de la 3D découlera de la conjonctions de trois facteurs

L'impression 3D.

L'imprimante 3D est une machine, soit de grande taille soit suffisamment réduite pour être placée sur un bureau, qui permet, couche par couche, de fabriquer (on dit imprimer, par comparaison avec les imprimantes classiques) un produit en plastique ou en métal capable de reproduire un modèle donné. Prenons la ruban dit de Möbius, figure intéressante en géométrie dans l'espace (voir figure). Si le professeur de géométrie veut le donner en exemple lors d'un de ses cours, il pourra le décrire verbalement. Il utilisera le langage courant ( le ruban ne possède qu'une seule face contrairement à un ruban classique qui en possède deux) ou bien des termes plus mathématiques (il s'agit d'une d'une surface compacte dont le bord est homéomorphe à un cercle). Pour être plus concret, il pourra le dessiner au tableau ou en projeter l'image sur un écran. Mais en ces deux derniers cas, l'image sera plane, c'est-à-dire en deux dimensions.

Si le professeur dispose d'une imprimante 3D, il pourra fabriquer et faire circuler dans la classe un ruban de Möbius en 3 dimensions. Les élèves comprendront mieux la figure et pourront s'amuser à en réaliser différentes versions, soit avec l'imprimante, soit simplement en papier collé. La présentation théorique du cas sera ainsi éclaircie.

Notre exemple est volontairement simpliste, mais chacun peut comprendre qu'en permanence, et pas seulement lors des cours faisant appel à des figures et des volumes, l'imprimante 3D sera utile. Elle fera notamment gagner beaucoup de temps aux professeurs, en leur permettant d'illustrer immédiatement et concrètement leurs propos. Ceci très facilement et sans nécessairement faire appel à des matériels coûteux. Ainsi, il existe désormais des stylos de faible prix, capables d'écrire en 3D. Le dessin ne se limite plus à une feuille de papier en 2D. Le stylo permet de créer des figures dans un espace en 3D. Il utilise du plastique ABS (le plastique utilisé par de nombreuses imprimantes 3D). Il produit (extrude) du plastique chauffé qui refroidit rapidement et se solidifie. Cela permet de créer une infinité de formes avec facilité ( 2).

Le laser

rLe laser est l'instrument indispensable à la production par l'imprimante 3D, en quelque matière que ce soit, d'objets en 3D utiles à l'enseignement. Le laser permet d'obtenir très rapidement, c'est-à-dire sans exiger de recourir de longues descriptions mathématiques ou autres, un objet quelque peu complexe, tel que le crane d'un animal. Traditionnellement les classes de sciences naturelles (comme les cours d'anatomie à un autre niveau), disposent de cranes naturalisés. Mais il s'agit d'objets difficiles à obtenir, fragiles et donc coûteux.

En quoi le laser peut-il être utile? On distingue aujourd'hui deux types de laser: le laser de surface et le laser dit CT (pour Computed Tomography) qui pénétré l'objet et peut en donner autant de descriptions internes ou externes que l'on veut. Un laser tomographique utilise des techniques proches de celles employés en imagerie médicale ainsi qu'en géophysique et en astrophysique. Il permet de reconstruire le volume d'un objet à partir d'une série de mesures effectuées par tranches depuis l'extérieur de cet objet (voir image).

Un cours d'anatomie, fut-ce au niveau de l'enseignement secondaire, peut avoir besoin de décrire et faire circuler un modèle de vertèbre. Si précédemment une telle vertèbre a été analysée par un de ces lasers à partir d'un animal réel, mort et même dans certains vivant, si par ailleurs le modèle mathématique résultant de l'observation au laser a été mémorisée dans une banque de données anatomiques, le professeur pourra en obtenir à peu de frais autant d'exemplaires qu'il voudra en connectant son imprimante 3D à la banque de données. Un article que vient de publier Anatomical Sciences Education (3) montre comment les cours d'anatomie comme en conséquence les compétences des praticiens pourront être considérablement enrichis par la production de modèles anatomiques aussi complexes soient-ils, grâce à ces moyens. Dans le cas de l'anatomie humaine, utilisant classiquement des cadavres souvent « légués à la science », il suffira qu'un de ces corps soit analysé en détail par de tels lasers pour que des reproductions, totales ou partielles, en soient fabriquées à la demande dans tous les amphithéâtres. Ceci également, bien évidemment, dans tous les domaines autres que celui un peu macabre de l'anatomie humaine que nous venons d'évoquer.

Les banques de modèles destinés au pilotage des imprimantes 3D

Il s'agit du troisième volet du trio. Les entreprises privées, les organismes publics de formation et, bien entendu, les enseignements et élèves eux-mêmes, pourront et devront participer à la mémorisation et à la mise en ligne de programmes ou algorithmes destinés à piloter les imprimantes 3D. Ils feront appel à de telles banques quand ils voudront s'éviter la contrainte de scanner eux-mêmes les objets de leurs enseignements. Ils pourront par ailleurs, s'ils créent de telles banques ou participent à leur enrichissement, se faire connaître des communautés éducatives, tant au plan national qu'international.

En France, les responsables de la tutelle et du bon fonctionnement de l'éducation nationale et de la formation professionnelle devront renoncer à la tentation de rester les seuls maitres d'oeuvre des banques de programmes. Ils devront encourager tous ceux souhaitant mettre en place de telles banques à le faire sur le web, sous condition qu'ils répondent à certains critères (notamment en termes éthiques). Les questions, dans le domaine de la 3D, ne seront pas différentes de celles concernant la production et la diffusion de contenus et d'outils intéressant l'enseignement numérique en général.

La formation des robots

Ajoutons que progressivement les robots auront besoin de données pratiques concernant le monde dans lequel ils évolueront et la façon de s'y adapter. Très concrètement, par exemple, une tasse doit-elle être posée debout ou renversée afin de contenir le café. Ils se connecteront sur des banques de données comportant les milliers ou millions d'algorithmes décrivant ce monde et qui auront été produits par les humains à leur attention. Parmi ces algorithmes figureront nécessairement ceux produits pour piloter, plus modestement, les imprimantes 3D. N'en disons pas plus sur ce thème qui mériterait d'être développé dans un article particulier (4)

Notes
1) Voir notre article
Sur un sujet voisin, voir La fin de l'École: L'ère du savoir-relation PUF 2014 par Béatrice Mabilon-Bonfils et François Durpaire.
2) On trouve sur le web de nombreuses références commerciales concernant ce produit..
3) Voir Anatomical Sciences Education.
4) Voir Cornell University's Personal Robotics
Voir article de Humanoïdes

02/09/2014


A LIRE AUSSI
Les articles sur les mêmes thèmes
Europe Solidaire