Expérimentation et validation de séquences didactiques produites selon une ingénierie didactique collaborative: L’enseignement de la discussion et de l’exposé critique au secondaire

Cette recherche est née de constats (Sénéchal, 2012) et de la volonté d’outiller l’enseignement de la communication orale dans la perspective du développement de la compétence langagière orale des élèves. En vue d’atteindre le principal objectif de cette thèse, qui est de proposer des séquences didactiques valides pour l’enseignement de la discussion et de l’exposé critique, nous avons emprunté aux recherches d’ingénierie didactique de première génération (Artigue, 1988; Goigoux, 2012) afin de proposer une démarche d’ingénierie didactique collaborative, dont l’originalité tient à la collaboration qui sous-tend les étapes de la conception, de l’expérimentation et de la validation de son produit en deux phases. Pour cibler les outils et les pratiques à privilégier pour enseigner les deux genres ciblés, nous avons cherché à vérifier en quoi l’utilisation du dispositif de la séquence didactique facilite ou non la transposition didactique interne des prescriptions ministérielles les concernant, en étudiant la transformation des pratiques d’enseignement de nos collaborateurs à travers l’observation de leur mise en oeuvre des séquences didactiques. Quatre outils méthodologiques ont soutenu la collecte des données par la méthode d’observation directe : la captation audiovisuelle, le journal de bord, l’examen des documents des enseignants (notes personnelles) ainsi que le bilan collaboratif, une forme d’entretien mené auprès de nos collaborateurs permettant de faire le point sur la mise en oeuvre et sur le produit de l’ingénierie (notamment en ce qui concerne les ajustements nécessaires à une utilisation optimale du dispositif). Les résultats de l’analyse de ces données montrent non seulement que les séquences didactiques élaborées et expérimentées dans le cadre de notre démarche de recherche sont valides sur le plan de la légitimité, de la pertinence et de la cohérence des contenus, mais également que leur usage permet d’engendrer des gains en termes d’apprentissage pour les élèves et donne lieu à une transformation des pratiques d’enseignement de la communication orale de leurs utilisateurs. Les interventions des enseignants, notamment une augmentation significative des gestes didactiques de régulation et d’institutionnalisation, montrent, en effet, qu’ils se sont suffisamment approprié les contenus et les manières de faire du dispositif pour arriver à opérer seuls certaines des transformations adaptatives nécessaires à la transposition interne des objets en vue de rendre ces derniers enseignables et apprenables.

Three essays on investment in human capital in Canada

Cette thèse examine l’investissement en capital humain au Canada en s’intéressant à la contribution de l’aide financière aux études, aux effets de la fiscalité, à la rentabilité de l’investissement en éducation postsécondaire et à la redistribution des revenus. Elle est subdivisée en cinq chapitres. Le premier chapitre présente une révue chronologique des études microéconomiques sur l’investissement en capital humain. Il présente également une synthèse des études canadiennes sur l’investissement en capital humain en insistant sur les limites portant essentiellement sur la non prise en compte de l’hétérogénéité des systèmes de prêts et bourses et des systèmes fiscaux à travers les provinces canadiennes et la faible analyse de la répartition des coûts et bénéfices de l’investissement en éducation au Canada. Le second chapitre présente la méthodologie de mesure des rendements de l’éducation et des gains issus des investissements en éducation. Il décrit les données utilisées et les résultats des régressions économetriques. Finalement, le chapitre présente SIMAID, un calculateur d’aide financière aux études élaboré pour les objectifs dans cette thèse et qui permet d’estimer le montant de l’aide financière devant être attribuée à chaque étudiant en fonction de ses caractéristiques personnelles et de celles de sa famille. Dans sa première section, le troisième chapitre présente les rendements sociaux, privés et publics de l’éducation et montre que les rendements de l’éducation varient selon les provinces, les filières de formation, le genre et les cohortes d’année de naissance et décroient avec le niveau d’éducation. Dans sa seconde section, le chapitre montre que l’aide financière aux études accroît le rendement des études du baccalauréat de 24.3% et 9.5% respectivement au Québec et en Ontario. Finalement, le chapitre indique qu’un changement du système d’aide financière aux études de Québec par celui de l’Ontario entraîne une baisse de 11.9% du rendement des études au baccalauréat alors qu’un changement du système fiscal québécois par celui ontarien entraine une hausse du rendement du baccalauréat de 4.5%. L’effet combiné du changement des systèmes d’aide financière et fiscal est une baisse du rendement du baccalauréat de 7.4%. Le quatrième chapitre fournit une décomposition comptable détaillée des gains sociaux, privés et publics des investissements en éducation. Le gain social de l’investissement au baccalauréat est de $738 384 au Québec et de $685 437 en Ontario. Ce gain varie selon les filières de formation avec un niveau minimal pour les études humanitaires et un niveau maximal pour les études en ingénierie. Le chapitre montre également que la répartition des bénéfices et des coûts de l’investissement en éducation entre les individus et le gouvernement est plus équitable en Ontario qu’à Québec. En effet, un individu qui investit à Québec supporte 51.6% du coût total et engrange 64.8% des gains alors que le même individu supporterait 62.9% des coûts sociaux et engrangerait 62.2% des gains en Ontario. Finalement, le cinquième chapitre présente et analyse les effets rédistributifs des transferts et des taxes suite à un investissement en éducation. Il examine aussi si l’aide financière aux études est effectivement allouée aux personnes les plus pauvres. L’argument selon lequel l’aide financière est destinée aux plus pauvres est rejeté en analysant la distribution du revenu permanent. En effet, il ressort que 79% des personnes bénéficiant de l’aide financière aux études se trouvent dans le cinquième quintile de la distribution des revenus permanents. Le chapitre montre également que l’investissement en éducation impacte positivement les effets rédistributifs en 2006, 2001 et 1996 et négativement en 1991 et 2011. L’impact est également perceptible sur les composantes de l’effet rédistributif. Toutefois, la sensibilité de l’impact au taux d’actualisation dépend de l’indice utilisé dans l’analyse.

Conception d’un mécanisme déployable à grand ratio d’expansion et de son système d’actionnement par roues d’inertie pour applications spatiales

Cette thèse propose de développer des mécanismes déployables pour applications spatiales ainsi que des modes d’actionnement permettant leur déploiement et le contrôle de l’orientation en orbite de l’engin spatial les supportant. L’objectif étant de permettre le déploiement de surfaces larges pour des panneaux solaires, coupoles de télécommunication ou sections de station spatiale, une géométrie plane simple en triangle est retenue afin de pouvoir être assemblée en différents types de surfaces. Les configurations à membrures rigides proposées dans la littérature pour le déploiement de solides symétriques sont optimisées et adaptées à l’expansion d’une géométrie ouverte, telle une coupole. L’optimisation permet d’atteindre un ratio d’expansion plan pour une seule unité de plus de 5, mais présente des instabilités lors de l’actionnement d’un prototype. Le principe de transmission du mouvement d’un étage à l’autre du mécanisme est revu afin de diminuer la sensibilité des performances du mécanisme à la géométrie de ses membrures internes. Le nouveau modèle, basé sur des courroies crantées, permet d’atteindre des ratios d’expansion plans supérieurs à 20 dans certaines configurations. L’effet des principaux facteurs géométriques de conception est étudié afin d’obtenir une relation simple d’optimisation du mécanisme plan pour adapter ce dernier à différents contextes d’applications. La géométrie identique des faces triangulaires de chaque surface déployée permet aussi l’empilement de ces faces pour augmenter la compacité du mécanisme. Une articulation spécialisée est conçue afin de permettre le dépliage des faces puis leur déploiement successivement. Le déploiement de grandes surfaces ne se fait pas sans influencer lourdement l’orientation et potentiellement la trajectoire de l’engin spatial, aussi, différentes stratégies de contrôle de l’orientation novatrices sont proposées. Afin de tirer profit d’une grande surface, l’actionnement par masses ponctuelles en périphérie du mécanisme est présentée, ses équations dynamiques sont dérivées et simulées pour en observer les performances. Celles-ci démontrent le potentiel de cette stratégie de réorientation, sans obstruction de l’espace central du satellite de base, mais les performances restent en deçà de l’effet d’une roue d’inertie de masse équivalente. Une stratégie d’actionnement redondant par roue d’inertie est alors présentée pour différents niveaux de complexité de mécanismes dont toutes les articulations sont passives, c’est-à-dire non actionnées. Un mécanisme à quatre barres plan est simulé en boucle fermée avec un contrôleur simple pour valider le contrôle d’un mécanisme ciseau commun. Ces résultats sont étendus à la dérivation des équations dynamiques d’un mécanisme sphérique à quatre barres, qui démontre le potentiel de l’actionnement par roue d’inertie pour le contrôle de la configuration et de l’orientation spatiale d’un tel mécanisme. Un prototype à deux corps ayant chacun une roue d’inertie et une seule articulation passive les reliant est réalisé et contrôlé grâce à un suivi par caméra des modules. Le banc d’essai est détaillé, ainsi que les défis que l’élimination des forces externes ont représenté dans sa conception. Les résultats montrent que le système est contrôlable en orientation et en configuration. La thèse se termine par une étude de cas pour l’application des principaux systèmes développés dans cette recherche. La collecte de débris orbitaux de petite et moyenne taille est présentée comme un problème n’ayant pas encore eu de solution adéquate et posant un réel danger aux missions spatiales à venir. L’unité déployable triangulaire entraînée par courroies est dupliquée de manière à former une coupole de plusieurs centaines de mètres de diamètre et est proposée comme solution pour capturer et ralentir ces catégories de débris. Les paramètres d’une mission à cette fin sont détaillés, ainsi que le potentiel de réorientation que les roues d’inertie permettent en plus du contrôle de son déploiement. Près de 2000 débris pourraient être retirés en moins d’un an en orbite basse à 819 km d’altitude.

Développement d’un dispositif d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la production de réseaux fluidiques complexes par moulage rapide

L’objectif du vaste projet de recherche dans lequel s’inscrit ce mémoire est de guérir le diabète de type 1 en fabriquant un pancréas bioartificiel vascularisé contenant des cellules bêta (i.e. les cellules sécrétant l’insuline). Ce dispositif permettrait de rendre aux personnes atteintes par le diabète de type 1 la capacité de sécréter par elles-mêmes de l’insuline et de réguler leur glycémie. La vascularisation est actuellement un enjeu de taille dans le domaine du génie tissulaire. La plupart des tissus incorporant des cellules générées par le génie tissulaire sont actuellement fortement limités en épaisseur faute d’être vascularisés adéquatement. Pour les tissus dont l’épaisseur dépasse 400 μm, la vascularisation est nécessaire à la survie de la plupart des cellules qui autrement souffriraient d’hypoxie, les empêchant ainsi d’accomplir leurs fonctions [1]. Ce mémoire présente le développement et la mise en service d’un dispositif d’extrusion tridimensionnelle de sucre vitrifié pour la vascularisation d’un pancréas bioartificiel. Ce dispositif a été développé au laboratoire de recherche sur les procédés d’impression 3D ainsi qu’au bureau de design du département de génie mécanique de l’Université Laval. Grâce à cette technique d’impression 3D novatrice et à la caractérisation du procédé, il est maintenant possible de produire rapidement et avec précision des structures temporaires en sucre vitrifié pour la fabrication de réseaux vasculaires tridimensionnels complexes. Les structures temporaires peuvent, après leur production, être utilisées pour réaliser le moulage rapide de constructions vascularisées avec des matériaux tels que du polydiméthylsiloxane (PDMS) ou des hydrogels chargés de cellules biologiques. De par la nature du matériel utilisé, les moules temporaires peuvent être facilement et rapidement dissous dans une solution aqueuse et laisser place à un réseau de canaux creux sans créer de rejets toxiques, ce qui représente un avantage majeur dans un contexte de bio-ingénierie.