La plupart des élèves qui entrent en CPGE ont souvent une idée très vague de ce qui s’y fait concrètement. L’année débute rapidement et il est facile de se retrouver submergé. Pour donner du sens à ce que l’on fait, il est parfois nécessaire de prendre un peu de recul et de comprendre les objectifs généraux du programme. En plus de conseils pour rendre tes révisions plus efficaces, nous te proposons cet article qui analyse les attentes du programme de PTSI-PT. Dans celui-ci, nous abordons les principaux axes qui constituent les sciences de l’ingénieur en prépa. La particularité de la démarche ingénieur est au cœur de ce programme, ainsi que le triptyque modélisé-réel-simulé. Nous examinons également la partie technologie du programme (le « T » de « PTSI – PT »).
Les spécificités du programme de PTSI-PT sont définies dans le Bulletin officiel. C’est un document assez dense à lire, mais il dresse une liste complète de ce qui doit être abordé en prépa.
La démarche ingénieur
Le but de la classe préparatoire est de former des élèves qui seront en mesure d’intégrer une école d’ingénieurs. Tout le programme est conçu selon cette logique. Au cours de ces deux années, tu acquiers des outils mathématiques, physiques et logiques qui te permettront d’aborder intelligemment chaque problème qui se présente.
L’ensemble du programme de sciences de l’ingénieur repose sur l’étude de systèmes pluritechnologiques. Il s’agit de systèmes complexes impliquant plusieurs technologies telles que l’électronique et la mécanique. En prépa, tu étudies en permanence différents systèmes et les séances de TP te permettent également de manipuler et de comprendre les particularités des systèmes réels.
En théorie, un ingénieur est quelqu’un capable de mobiliser ses connaissances pour résoudre un problème complexe (et souvent inédit), en prenant en compte des contraintes économiques, environnementales et sociétales. La démarche qu’il suit est globalement toujours la même.
Le cahier des charges
La rédaction du cahier des charges est la première de ces étapes. Un client (celui qui souhaite la conception d’un produit) établit un document cohérent présentant les particularités du système à concevoir. Ce document représente l’ensemble des exigences que le nouveau produit doit respecter.
Par exemple, dans le cas de la conception d’un avion, le cahier des charges indiquera le nombre minimum de sièges et la vitesse minimale que l’avion devra atteindre.
Le triptyque modélisé-réel-simulé
À partir de ce cahier des charges, l’ingénieur doit proposer des solutions. Pour tester et affiner ces solutions, les outils numériques ou mathématiques sont indispensables, dans ce qu’on appelle le triptyque modélisé-réel-simulé, comme illustré ci-dessous.
Si tu souhaites concevoir un avion économe en carburant (ce qui est relatif, pour un avion…), tu pourras réaliser un modèle 3D numérique de l’avion pour observer l’écoulement des fluides autour de la carlingue. Le logiciel te permettra de déterminer quelle est la forme à utiliser pour réduire la traînée.
Si tu souhaites maintenant comprendre comment les forces du vent peuvent endommager l’avion, tu peux utiliser un modèle mathématique simple. Tu résoudras ensuite ces équations qui te donneront une première approximation de la réponse. Enfin, une autre possibilité consiste à concevoir une maquette à échelle réduite de ton avion et à effectuer des tests en soufflerie.
Chacune de ces méthodes présente des avantages et des inconvénients, comme le coût, la fiabilité des résultats et la facilité de mise en œuvre. Le travail d’un ingénieur consiste avant tout à avoir un esprit critique vis-à-vis des résultats obtenus.
Les grands thèmes abordés au cours des deux ans
Chaque notion peut être abordée lorsque l’enseignant le juge opportun durant l’année. Il est cependant fréquent que les mêmes cours soient enseignés au même moment dans les différentes prépas.
La théorie de l’asservissement
Pas de panique, derrière ce nom un peu barbare se cache une science bien pratique. Qui n’a jamais mis un régulateur de vitesse sur une voiture ? Tu t’es toujours demandé comment une fusée réussissait à rester sur sa trajectoire ?
La théorie de l’asservissement explique tout cela. On t’apprendra à prédire le comportement d’un système (une voiture, une fusée) quand on lui demande de respecter une consigne malgré des sollicitations extérieures.
La modélisation des actions mécaniques
Cette partie du programme vise à t’apprendre à calculer les forces qui s’appliquent à différents endroits d’un système. Par exemple, si tu souhaites concevoir un exosquelette capable de porter des charges importantes, tu dois comprendre les forces qui s’exercent pour dimensionner correctement ses différentes pièces.
Une troisième partie du programme concerne l’électronique, où tu apprendras le fonctionnement théorique des moteurs électriques ainsi que quelques bases d’algorithmique.
Les particularités de la deuxième année
En deuxième année, le programme approfondit chacune de ces notions et introduit de nouveaux concepts. La résistance des matériaux, essentielle dans la démarche ingénieur mentionnée précédemment, fait partie de ce programme. Tu étudieras les principes physiques qui permettent aux différents matériaux de résister. La fibre de carbone, l’acier et le bois sont autant de matériaux présentant des avantages et des inconvénients lors de la conception d’un appareil.
La dynamique est également un point fort du programme. Tu y apprendras comment certains mouvements peuvent entraîner des efforts supplémentaires dans une structure. Par exemple, pour empêcher le Charles de Gaulle de tanguer lors du décollage des avions, des masses se déplacent sur le pont, et leur vitesse est calculée pour compenser les effets de la houle.
J’espère que cette analyse du programme de PTSI-PT t’aidera à mieux comprendre la démarche ingénieur, qui est particulièrement efficace pour résoudre de nombreux problèmes. Essaie de t’en souvenir la prochaine fois que tu auras la tête dans le guidon.
