Interrelated product design activities sequencing with efficient tabu search algorithms

This paper proposes and investigates a metaheuristic tabu search algorithm (TSA) that generates optimal or near optimal solutions sequences for the feedback length minimization problem (FLMP) associated to a design structure matrix (DSM). The FLMP is a non-linear combinatorial optimization problem, belonging to the NP-hard class, and therefore finding an exact optimal solution is very hard and time consuming, especially on medium and large problem instances. First, we introduce the subject and provide a review of the related literature and problem definitions. Using the tabu search method (TSM) paradigm, this paper presents a new tabu search algorithm that generates optimal or sub-optimal solutions for the feedback length minimization problem, using two different neighborhoods based on swaps of two activities and shifting an activity to a different position. Furthermore, this paper includes numerical results for analyzing the performance of the proposed TSA and for fixing the proper values of its parameters. Then we compare our results on benchmarked problems with those already published in the literature. We conclude that the proposed tabu search algorithm is very promising because it outperforms the existing methods, and because no other tabu search method for the FLMP is reported in the literature. The proposed tabu search algorithm applied to the process layer of the multidimensional design structure matrices proves to be a key optimization method for an optimal product development.

Propriétés optiques et analytiques des nanotrous : vers la conception de biocapteurs en résonance des plasmons de surface localisés

Les biocapteurs sont utilisés quotidiennement pour déterminer la présence de molécules biologiques dans une matrice complexe, comme l’urine pour les tests de grossesses ou le sang pour les glucomètres. Les techniques courantes pour la détection des autres maladies nécessitent fréquemment le marquage de l’analyte avec une autre molécule, ce qui est à éviter pour fin de simplicité d’analyse. Ces travaux ont pour but la maximisation de la sensibilité d’une surface d’or ou d’argent nanotrouée, afin de permettre la détection de la liaison de molécules biologiques par résonance des plasmons de surface localisés (LSPR), en utilisant la spectroscopie de transmission. Un biocapteur portable, rapide et sans marquage pour quantifier des analytes d’intérêt médical ou environnemental pourrait être construit à partir de ces travaux. Dans l’objectif d’étudier de nombreuses configurations pour maximiser la sensibilité, le temps et le coût des méthodes de fabrication de nanostructures habituelles auraient limité le nombre de surfaces nanotrouées pouvant être étudiées. Un autre objectif du projet consiste donc au développement d’une technique de fabrication rapide de réseaux de nanotrous, et à moindres coûts, basée sur la lithographie de nanosphères (NSL) et sur la gravure au plasma à l’oxygène (RIE). La sensibilité à la variation d’indice de réfraction associée aux liaisons de molécules sur la surface du métal noble et la longueur d’onde d’excitation du plasmon de surface sont influencées par les caractéristiques des réseaux de nanotrous. Dans les travaux rapportés ici, la nature du métal utilisé, le diamètre ainsi que la périodicité des trous sont variés pour étudier leur influence sur les bandes LSPR du spectre en transmission pour maximiser cette sensibilité, visant la fabrication d’un biocapteur. Les surfaces d’argent, ayant un diamètre de nanotrous inférieur à 200 nm pour une périodicité de 450 nm et les nanotrous d’une périodicité de 650 nm démontre un potentiel de sensibilité supérieur.

Approche efficace pour la conception des architectures multiprocesseurs sur puce électronique

Les systèmes multiprocesseurs sur puce électronique (On-Chip Multiprocessor [OCM]) sont considérés comme les meilleures structures pour occuper l'espace disponible sur les circuits intégrés actuels. Dans nos travaux, nous nous intéressons à un modèle architectural, appelé architecture isométrique de systèmes multiprocesseurs sur puce, qui permet d'évaluer, de prédire et d'optimiser les systèmes OCM en misant sur une organisation efficace des nœuds (processeurs et mémoires), et à des méthodologies qui permettent d'utiliser efficacement ces architectures. Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons à la topologie du modèle et nous proposons une architecture qui permet d'utiliser efficacement et massivement les mémoires sur la puce. Les processeurs et les mémoires sont organisés selon une approche isométrique qui consiste à rapprocher les données des processus plutôt que d'optimiser les transferts entre les processeurs et les mémoires disposés de manière conventionnelle. L'architecture est un modèle maillé en trois dimensions. La disposition des unités sur ce modèle est inspirée de la structure cristalline du chlorure de sodium (NaCl), où chaque processeur peut accéder à six mémoires à la fois et où chaque mémoire peut communiquer avec autant de processeurs à la fois. Dans la deuxième partie de notre travail, nous nous intéressons à une méthodologie de décomposition où le nombre de nœuds du modèle est idéal et peut être déterminé à partir d'une spécification matricielle de l'application qui est traitée par le modèle proposé. Sachant que la performance d'un modèle dépend de la quantité de flot de données échangées entre ses unités, en l'occurrence leur nombre, et notre but étant de garantir une bonne performance de calcul en fonction de l'application traitée, nous proposons de trouver le nombre idéal de processeurs et de mémoires du système à construire. Aussi, considérons-nous la décomposition de la spécification du modèle à construire ou de l'application à traiter en fonction de l'équilibre de charge des unités. Nous proposons ainsi une approche de décomposition sur trois points : la transformation de la spécification ou de l'application en une matrice d'incidence dont les éléments sont les flots de données entre les processus et les données, une nouvelle méthodologie basée sur le problème de la formation des cellules (Cell Formation Problem [CFP]), et un équilibre de charge de processus dans les processeurs et de données dans les mémoires. Dans la troisième partie, toujours dans le souci de concevoir un système efficace et performant, nous nous intéressons à l'affectation des processeurs et des mémoires par une méthodologie en deux étapes. Dans un premier temps, nous affectons des unités aux nœuds du système, considéré ici comme un graphe non orienté, et dans un deuxième temps, nous affectons des valeurs aux arcs de ce graphe. Pour l'affectation, nous proposons une modélisation des applications décomposées en utilisant une approche matricielle et l'utilisation du problème d'affectation quadratique (Quadratic Assignment Problem [QAP]). Pour l'affectation de valeurs aux arcs, nous proposons une approche de perturbation graduelle, afin de chercher la meilleure combinaison du coût de l'affectation, ceci en respectant certains paramètres comme la température, la dissipation de chaleur, la consommation d'énergie et la surface occupée par la puce. Le but ultime de ce travail est de proposer aux architectes de systèmes multiprocesseurs sur puce une méthodologie non traditionnelle et un outil systématique et efficace d'aide à la conception dès la phase de la spécification fonctionnelle du système.

La déconstruction de l'onto-théologie par Jacques Derrida : détour littéraire et mise en relief de la matrice langagière comme "différance".

Le mouvement derridien de la différance marque la rupture avec l'affirmation de la métaphysique de la présence, avec l'autorité du signifié transcendantal. Dans cet univers mouvant de signifiants qui se renvoient perpétuellement les uns aux autres, la logique d'univocité se disloque. La "présence" n'est que fantomatique, s'esquissant au sein d'une chaîne ininterrompue de signifiants et se laissant toujours creuser par la marque d'un irréductible manque. Face au logocentrisme, corollaire de l'affirmation de la présence, l'écriture se veut siège et articulation de la trace, d'une origine qui ne peut être que raturée, véhicule d'une irrémédiable fêlure. La volet littéraire de la déconstruction a pour but de mettre en évidence le fonctionnement de l'"indécidabilité" du discours, soit une certaine ambivalence dans la signification qui caractérise tout texte. L'objectif principal de la présente recherche est de fournir une compréhension plus approfondie de la déconstruction en insistant sur l'ancrage langagier de tout texte. Le discours philosophique n'échappe ainsi pas au mécanisme différentiel du langage et de la dérive métaphorique. La parenté entre la perspective déconstructiviste derridienne et la conception mallarméenne du langage poétique semble frappante. La mise en oeuvre, par Mallarmé, d'une dislocation de l'espace textuel, son minutieux "creusement" du vers après renoncement à toute quête d'"Idéal", la mise en relief du leurre de l'appropriation langagière, voilà qui trouve un écho particulier dans les thèses derridiennes. La "mimésis" platonicienne se voit au travers du prisme de la "mimique" mallarméenne. La déconstruction poursuit son travail de "luxation" de l'oreille philosophique, insérant les philosophèmes dans la matrice langagière, les livrant ainsi au hasard du cheminement textuel et les confrontant à l'aporie. La philosophie n'a alors d'autre choix que d'abandonner ses prétentions transcendantales. La marche de la "différance" instaure une inexorable distance qui prive le sujet de tout rapport direct avec une origine assurée et lui ôte toute possibilité de maîtrise sur le monde. Au travers de la langue, se profile la question de l'altérité, de la relation dissymétrique qui nous lie à cet "autre", ce "tout-autre" qui nous fonde et nous constitue. L'accueil inconditionnel de cette altérité nous mènera à l'étude de la "religion", la déconstruction se tournant vers le "religieux" tout en effectuant un "retournement" habile de tout credo essentialiste.

Conception de microARNs pour attenuer l'expression de genes

Les microARNs appartiennent à la famille des petits ARNs non-codants et agissent comme inhibiteurs des ARN messagers et/ou de leurs produits protéiques. Les mi- croARNs sont différents des petits ARNs interférants (siARN) car ils atténuent l’ex- pression au lieu de l’éliminer. Dans les dernières années, de nombreux microARNs et leurs cibles ont été découverts chez les mammifères et les plantes. La bioinforma- tique joue un rôle important dans ce domaine, et des programmes informatiques de découvertes de cibles ont été mis à la disposition de la communauté scientifique. Les microARNs peuvent réguler chacun des centaines de gènes, et les profils d’expression de ces derniers peuvent servir comme classificateurs de certains cancers. La modélisation des microARNs artificiels est donc justifiable, où l’un pourrait cibler des oncogènes surexprimés et promouvoir une prolifération de cellules en santé. Un outil pour créer des microARNs artificiels, nommé MultiTar V1.0, a été créé et est disponible comme application web. L’outil se base sur des propriétés structurelles et biochimiques des microARNs et utilise la recherche tabou, une métaheuristique. Il est démontré que des microARNs conçus in-silico peuvent avoir des effets lorsque testés in-vitro. Les sé- quences 3’UTR des gènes E2F1, E2F2 et E2F3 ont été soumises en entrée au programme MultiTar, et les microARNs prédits ont ensuite été testés avec des essais luciférases, des western blots et des courbes de croissance cellulaire. Au moins un microARN artificiel est capable de réguler les trois gènes par essais luciférases, et chacun des microARNs a pu réguler l’expression de E2F1 et E2F2 dans les western blots. Les courbes de crois- sance démontrent que chacun des microARNs interfère avec la croissance cellulaire. Ces résultats ouvrent de nouvelles portes vers des possibilités thérapeutiques.

Les freins à l'adoption d'une approche d'éco-conception dans le processus de développement de produits: le cas des petites et moyennes entreprises

Scientifiques, gouvernements, entreprises et consommateurs s’entendent aujourd’hui pour dire que le système naturel est déréglé, que l’activité industrielle en est la cause principale. L’éco-conception est une manière de concevoir des biens ou des services en diminuant leurs impacts sur l’environnement et la société. De plus en plus présente dans les grandes entreprises où, associée à une gestion intégrée de l’environnement, elle procure des bénéfices non négligeables et une image de marque, l’éco-conception a beaucoup de difficultés à s’implanter dans les petites et moyennes entreprises. Dans ce travail, nous avons cherché à comprendre les raisons de ces difficultés. Deux approches ont été utilisées, l’une basée sur une analyse documentaire des rapports de RSE de dix entreprises, grandes et petites, de différents secteurs d’activité, qui nous a permis de fixer le cadre et le formalisme de la démarche de recherche, l’autre sur le principe d’entretiens semi-dirigés à partir de questions ciblées. Après une présentation générale de ce qu’est l’éco-conception et quelle en est la problématique appliquée aux PME (chapitre 2), nous précisons le cadre méthodologique de la recherche (chapitre 3) et exposons ses résultats (chapitre 4). Nous montrons que les freins à l’adoption de l’éco-conception dans les PME sont multiples et complexes, tant la diversité de ces entreprises est grande et difficile à synthétiser. En soulignant les freins, les leviers, les risques et les opportunités liés à l’intégration des principes de développement durable dans ces entreprises, nous faisons un portrait global de la situation actuelle et des difficultés rencontrées par ces PME pour adhérer à ces principes.

Management renewal? Consequences of the new conception of the “best interests of the corporation” in North American and French Corporate Law

Corporate law integrates a stakeholder conception through the comprehensive meaning of the best interests of the corporation. In this paper, I address criticisms about classical definition of the firm’s purpose. Even if American law is more discreet and uncertain, it is possible to defend a broad conception of the best interests of the corporation. The interests of Canadian and French firms include their partners. While the notion of intérêt social is debatable in France, Canada has recently modified its point of view regarding the purpose of the firm. Indeed, the decision of the Supreme Court of Canada Magasins à rayons Peoples Inc. (Syndic de) v. Wise in 2004 changed the concept of corporate law. With respect to fiduciary duties, the Supreme Court set aside the traditional interpretation of the “best interests of the corporation” which gave primacy to shareholders’ interests. The Court held that the expression “best interests of the corporation” refers to the maximization of the corporation’s value. This innovative vision of the best interest of the corporation introduces stakeholder theory and corporate social responsibility (CSR) into corporate law and provides a new field for the firm’s management to frame their responsibilities. This paper concludes with an extended discussion of the implications of stakeholder and CSR influence for the future of corporate law, economy and financial researches.

Assistance de l’enseignement de la conception architecturale par la modélisation de savoir-faire des référents

Dans une époque de changements des moyens de représentation et communication en architecture, cette recherche porte sur l’enseignement de la conception architecturale et plus spécifiquement sur l’apport que l’informatique pourrait avoir dans ce processus. En nous basant sur une méthodologie qualitative, exploratoire et participative, nous y procédons par enchainement de questions, celle de départ étant la suivante: Comment l’enseignement de la conception architecturale pourrait tirer avantage des moyens numériques? Notre objectif est de proposer des méthodes et des outils d’apprentissage aux étudiants en architecture pour enrichir leurs démarches de conception grâce à l’ordinateur. Après une revue de la littérature dans le domaine, et un approfondissement de l’étude sur le rôle des référents architecturaux et sur la conception intégrée, nous avons procédé à une observation exploratoire du travail des étudiants en atelier d’architecture. Ces premières étapes de la recherche ont permis de dégager des discordances entre les positions théoriques et la pratique en l’atelier, pour concrétiser ultérieurement la question de recherche. Dans le but de discerner des méthodes efficaces et innovatrices pour répondre aux discordances identifiées, nous avons engagé une étude de la littérature sur les théories cognitives par rapport aux connaissances, l’apprentissage et la conception. Certaines stratégies ont pu être définies, notamment la nécessité de représentation multimodale des référents architecturaux, l’importance de représenter le processus et non seulement le résultat, ainsi que l’avantage d’inciter les étudiants à travailler dans leur ‘zone proximale’ de développement. Suite à ces recherches, une méthode d’enseignement complémentaire a été définie. Elle propose aux étudiants des explorations de l’objet en conception basées sur la manipulation des savoir-faire architecturaux. Cette méthode a été opérationnalisée d’un point de vue pédagogique ainsi que didactique et mise à l’épreuve auprès des étudiants en atelier. Un prototype de librairie de référents architecturaux interactifs (LibReArchI) a été créé dans ce but. Elle a été conçue en tant qu’environnement de conception et espace de partage de savoir-faire entre étudiants et enseignants. Les principaux résultats de cette recherche démontrent le rôle positif de la méthode proposée pour le transfert des savoir-faire architecturaux lors de l’apprentissage en atelier. Son potentiel d’assister la conception intégrée et de stimuler l’émergence d’idées a été constaté. Au niveau théorique, un modèle d’un cycle du processus de design avec le numérique a été esquissé. En conclusion, des avenues de développements futurs de cette recherche sont proposées.

Exploitation des genres de textes pour assister les pratiques textuelles dans les environnements numériques de travail : le cas du courriel chez des cadres et des secrétaires dans une municipalité et une administration fédérale canadiennes

Notre recherche a pour but de déterminer comment les genres textuels peuvent être exploités dans le design des environnements numériques de travail afin de faciliter l’accomplissement des pratiques textuelles de cadres et de secrétaires dans une municipalité et une administration fédérale canadiennes. À cet effet, le premier objectif consiste à évaluer l’aptitude des environnements numériques de travail à supporter les pratiques textuelles (lecture, écriture et manipulation des textes) de ces employés. Le deuxième objectif est de décrire les rôles des genres textuels au cours des pratiques textuelles. Avec l’exemple du courriel, le troisième objectif vise à examiner comment le genre peut être exploité dans une perspective d’assistance à la réalisation des pratiques textuelles dans les environnements numériques de travail. Cette recherche de nature qualitative comporte une méthodologie en deux étapes. La première étape consiste en un examen minutieux des pratiques textuelles, des difficultés rencontrées au cours de celles-ci, du rôle du genre dans les environnements numériques de travail, ainsi que des indices sollicités au cours de la gestion du courriel. Trois modes de collecte des données qualitatives sont utilisés auprès de 17 cadres et de 17 secrétaires issus de deux administrations publiques : l’entrevue semi-dirigée, le journal de bord et l’enquête cognitive. Les résultats sont examinés à l’aide de stratégies d’analyse de contenu qualitative. La deuxième phase comprend la mise au point d’une chaîne de traitement du courriel, visant à étayer notre réflexion sur le genre textuel et son exploitation dans la conception des environnements numériques de travail. Un corpus de 1703 messages est élaboré à partir d’un échantillon remis par deux cadres gouvernementaux. Les résultats permettent d’abord de dresser un portrait général des pratiques de lecture, d’écriture et de manipulation des textes communes et spécifiques aux cadres et aux secrétaires. L’importance du courriel, qui constitue environ 40% des systèmes notés dans les journaux de bord, est soulignée. Les difficultés rencontrées dans les environnements numériques de travail sont également décrites. Dans un deuxième temps, les rôles du genre au cours des pratiques textuelles sont examinés en fonction d’une matrice tenant à la fois compte de ses dimensions individuelles et collectives, ainsi que de ses trois principales facettes ; la forme, le contenu et la fonction. Ensuite, nous présentons un cadre d’analyse des indices affectant la gestion du courriel qui synthétise le processus d’interprétation des messages par le destinataire. Une typologie des patrons de catégorisation des cadres est également définie, puis employée dans une expérimentation statistique visant la description et la catégorisation automatique du courriel. Au terme de ce processus, on observe des comportements linguistiques marqués en fonction des catégories du courriel. Il s’avère également que la catégorisation automatique basée sur le lexique des messages est beaucoup plus performante que la catégorisation non lexicale. À l’issue de cette recherche, nous suggérons d’enrichir le paradigme traditionnel relevant de l’interaction humain-ordinateur par une sémiotique du genre dans les environnements numériques de travail. L’étude propose également une réflexion sur l’appartenance du courriel à un genre, en ayant recours aux concepts théoriques d’hypergenre, de genre et de sous-genre. Le succès de la catégorisation automatique du courriel en fonction de facettes tributaires du genre (le contenu, la forme et la fonction) offre des perspectives intéressantes sur l’application de ce concept au design des environnements numériques de travail en vue de faciliter l’accomplissement des pratiques textuelles par les employés.

Dissection moléculaire de l’interaction de la DNA topoisomérase I avec la matrice extracellulaire et les fibroblastes

La sclérose systémique est une maladie autoimmune dont l’une des complications majeures est la fibrose. La DNA topoisomérase I (topo) est l’un des principaux autoantigènes associés à cette maladie. Toutefois, aucun lien n’a encore pu être établi entre la présence des anti-topo et le développement de la fibrose. Les travaux antérieurs du laboratoire d’accueil ont montré une interaction directe de la topo avec la surface des fibroblastes et la matrice extracellulaire. Nous avons voulu caractériser ces interactions du point de vue moléculaire. La topo a donc été exprimée sous forme de 5 fragments, déterminés à partir de ses principaux domaines structuraux et de ses épitopes majeurs, chez E. coli. Les fragments purifiés ont été analysés pour leur interaction avec l’héparine, représentant les héparane sulfates de la surface des fibroblastes, et avec des protéines purifiées de la matrice extracellulaire. Nous avons montré que le fragment topo-N est le principal responsable de l’interaction avec l’héparine, ce qui suggère donc l’implication potentielle de ce domaine dans l’interaction de la topo avec la surface des fibroblastes. Le fragment topo-DIDII est responsable de l’interaction avec la plupart des protéines de la matrice extracellulaire étudiées, alors que le fragment topo-H15 n’interagit qu’avec la vitronectine. Aucune interaction des fragments topo-DIII et topo-C n’a été décelée. Ces résultats pourront maintenant servir à mieux comprendre le rôle potentiel de la topo et des autoanticorps circulants anti-topo dans la fibrose présente chez les personnes atteintes de sclérose systémique en contribuant à l’identification de la cible de la topo sur les fibroblastes.

Recherche qualitative des enjeux de la mise en lumière urbaine : création d’un modèle opératoire pour la conception des projets d’éclairage

Cette étude traite de la complexité des enjeux de la mise en lumière urbaine et de sa conception. Le but est de déceler les mécanismes opératoires du projet d’éclairage afin de générer une analyse et une compréhension de ce type d’aménagement. Cette recherche met à jour les enjeux lumineux à différents niveaux comme l’urbanisme, l’environnement, la culture, la communication, la vision et la perception mais aussi au niveau des acteurs et de leurs pratiques sur le terrain. En utilisant une approche qualitative déductive, cette recherche théorique cherche à mieux comprendre les différentes significations du phénomène lumineux : comment dans la réalité terrain ces enjeux de la lumière sont compris, interprétés et traduits au travers de la réalisation des projets et des processus mis en place pour répondre aux besoins d’éclairage ? La pertinence de cette recherche est de questionner les enjeux complexes de la mise en lumière afin de savoir comment concevoir un « bon éclairage ». Comment se déroule un projet d’éclairage de sa conception à sa réalisation ? Quels sont les différents acteurs, leurs modes d’intervention et leurs perceptions du projet d’éclairage ? Le but est de vérifier comment ces enjeux se concrétisent sur le terrain, notamment au travers de l’activité et de l’interprétation des professionnels. Nous souhaitons créer un modèle opératoire qui rende compte des enjeux et du processus de ce type de projet. Modèle qui servira alors de repère pour la compréhension des mécanismes à l’œuvre comme le contexte, les acteurs, les moyens et les finalités des projets. Une étude des recherches théoriques nous permettra de comprendre la polysémie du phénomène lumineux afin d’en déceler la complexité des enjeux et de créer une première interprétation de ce type de projet. Nous déterminerons théoriquement ce que recouvre la notion de « bon éclairage » qui nous permettra de créer une grille analytique pour comparer notre approche avec la réalité sur le terrain. Ces recherches seront ensuite confrontées au recueil des données des études de cas, des stages en urbanisme et en conception lumière, et des interviews de professionnels dans le domaine. Nous confronterons les enjeux définis théoriquement aux collectes de données issues du terrain. Ces données seront collectées à partir de projets réalisés avec les professionnels durant la recherche immersive. La recherche-action nous permettra de collaborer avec les professionnels pour comprendre comment ils sélectionnent, déterminent et répondent aux enjeux des projets d’éclairage. Nous verrons grâce aux entretiens semi-dirigés comment les acteurs perçoivent leurs propres activités et nous interprèterons les données à l’aide de la « théorisation ancrée » pour dégager le sens de leurs discours. Nous analyserons alors les résultats de ces données de manière interprétative afin de déterminer les points convergeant et divergent entre les enjeux théoriques définis en amont et les enjeux définis en aval par la recherche-terrain. Cette comparaison nous permettra de créer une interprétation des enjeux de la mise en lumière urbaine dans toutes leurs complexités, à la fois du point de vue théorique et pratique. Cette recherche qualitative et complexe s’appuie sur une combinaison entre une étude phénoménologique et les méthodologies proposées par la « théorisation ancrée ». Nous procéderons à une combinaison de données issues de la pratique terrain et de la perception de cette pratique par les acteurs de l’éclairage. La recherche d’un « bon éclairage » envisage donc par une nouvelle compréhension l’amélioration des outils de réflexion et des actions des professionnels. En termes de résultat nous souhaitons créer un modèle opératoire de la mise en lumière qui définirait quels sont les différents éléments constitutifs de ces projets, leurs rôles et les relations qu’ils entretiennent entre eux. Modèle qui mettra en relief les éléments qui déterminent la qualité du projet d’éclairage et qui permettra de fournir un outil de compréhension. La contribution de ce travail de recherche est alors de fournir par cette nouvelle compréhension un repère méthodologique et analytique aux professionnels de l’éclairage mais aussi de faire émerger l’importance du phénomène de mise en lumière en suscitant de nouveaux questionnements auprès des activités liées au design industriel, à l’architecture et à l’urbanisme.

La cohérence conceptuelle d’étudiants collégiaux en mécanique newtonienne et en métrologie

Cette thèse porte sur l’évaluation de la cohérence du réseau conceptuel démontré par des étudiants de niveau collégial inscrits en sciences de la nature. L’évaluation de cette cohérence s’est basée sur l’analyse des tableaux de Burt issus des réponses à des questionnaires à choix multiples, sur l’étude détaillée des indices de discrimination spécifique qui seront décrits plus en détail dans le corps de l’ouvrage et sur l’analyse de séquences vidéos d’étudiants effectuant une expérimentation en contexte réel. Au terme de ce projet, quatre grands axes de recherche ont été exploré. 1) Quelle est la cohérence conceptuelle démontrée en physique newtonienne ? 2) Est-ce que la maîtrise du calcul d’incertitude est corrélée au développement de la pensée logique ou à la maîtrise des mathématiques ? 3) Quelle est la cohérence conceptuelle démontrée dans la quantification de l’incertitude expérimentale ? 4) Quelles sont les procédures concrètement mise en place par des étudiants pour quantifier l’incertitude expérimentale dans un contexte de laboratoire semi-dirigé ? Les principales conclusions qui ressortent pour chacun des axes peuvent se formuler ainsi. 1) Les conceptions erronées les plus répandues ne sont pas solidement ancrées dans un réseau conceptuel rigide. Par exemple, un étudiant réussissant une question sur la troisième loi de Newton (sujet le moins bien réussi du Force Concept Inventory) montre une probabilité à peine supérieure de réussir une autre question sur ce même sujet que les autres participants. De nombreux couples de questions révèlent un indice de discrimination spécifique négatif indiquant une faible cohérence conceptuelle en prétest et une cohérence conceptuelle légèrement améliorée en post-test. 2) Si une petite proportion des étudiants ont montré des carences marquées pour les questions reliées au contrôle des variables et à celles traitant de la relation entre la forme graphique de données expérimentales et un modèle mathématique, la majorité des étudiants peuvent être considérés comme maîtrisant adéquatement ces deux sujets. Toutefois, presque tous les étudiants démontrent une absence de maîtrise des principes sous-jacent à la quantification de l’incertitude expérimentale et de la propagation des incertitudes (ci-après appelé métrologie). Aucune corrélation statistiquement significative n’a été observée entre ces trois domaines, laissant entendre qu’il s’agit d’habiletés cognitives largement indépendantes. Le tableau de Burt a pu mettre en lumière une plus grande cohérence conceptuelle entre les questions de contrôle des variables que n’aurait pu le laisser supposer la matrice des coefficients de corrélation de Pearson. En métrologie, des questions équivalentes n’ont pas fait ressortir une cohérence conceptuelle clairement démontrée. 3) L’analyse d’un questionnaire entièrement dédié à la métrologie laisse entrevoir des conceptions erronées issues des apprentissages effectués dans les cours antérieurs (obstacles didactiques), des conceptions erronées basées sur des modèles intuitifs et une absence de compréhension globale des concepts métrologiques bien que certains concepts paraissent en voie d’acquisition. 4) Lorsque les étudiants sont laissés à eux-mêmes, les mêmes difficultés identifiées par l’analyse du questionnaire du point 3) reviennent ce qui corrobore les résultats obtenus. Cependant, nous avons pu observer d’autres comportements reliés à la mesure en laboratoire qui n’auraient pas pu être évalués par le questionnaire à choix multiples. Des entretiens d’explicitations tenus immédiatement après chaque séance ont permis aux participants de détailler certains aspects de leur méthodologie métrologique, notamment, l’emploi de procédures de répétitions de mesures expérimentales, leurs stratégies pour quantifier l’incertitude et les raisons sous-tendant l’estimation numérique des incertitudes de lecture. L’emploi des algorithmes de propagation des incertitudes a été adéquat dans l’ensemble. De nombreuses conceptions erronées en métrologie semblent résister fortement à l’apprentissage. Notons, entre autres, l’assignation de la résolution d’un appareil de mesure à affichage numérique comme valeur de l’incertitude et l’absence de procédures d’empilement pour diminuer l’incertitude. La conception que la précision d’une valeur numérique ne peut être inférieure à la tolérance d’un appareil semble fermement ancrée.