Optimisation thermodynamique d’un procédé solaire utilisant un système de réfrigération à éjecto-compression pour la production du froid

L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures. En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature. La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur. En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.

Genèse documentaire communautaire : cas d'un collectif d'enseignants travaillant sur une ressource visant le développement de la pensée algébrique

Notre projet de recherche de maîtrise s’inscrit dans le contexte « Early Algebra », une perspective visant le développement de la pensée algébrique sans l’utilisation du langage littéral de l’algèbre dès le primaire. Plusieurs pays, comme les États-Unis et l'Australie, ont intégré cette visée dans les programmes de formation. Bien que le programme de formation de l’école québécois ne s’inscrive pas dans cette tendance, le développement de la pensée algébrique n’est pas absent pour autant dans le programme du primaire, selon les concepteurs du Programme de formation de l’école québécoise (PFÉQ). L’introduction à l’algèbre se fait dès le premier cycle du secondaire de deux façons : la généralisation et la résolution de problèmes. Des initiatives locales se développent afin d’implanter, dans le milieu scolaire, des pratiques d’enseignement favorisant le développement de la pensée algébrique au primaire et au secondaire. Un groupe formé de didacticiens des mathématiques, de conseillers pédagogiques et d'enseignants travaille depuis quelques années en ce sens. Les questions de la circulation des connaissances professionnelles liées à une ressource ainsi que l’intégration de celle-ci dans la pratique des enseignants sont au cœur de cette problématique exige la construction de schèmes d’usage (Vergnaud, 1996). L’objectif de notre recherche de maîtrise est de documenter les transformations que subit une ressource en lien avec le développement de la pensée algébrique lors de la résolution de problèmes, utilisée par un groupe d’enseignants. Cette ressource se compose d'un problème mathématique «Arsène Ponton» et de principes didactiques proposés par les formateurs concernant la pensée algébrique et son développement chez les élèves.

Expérimentation de stratégies cognitives et métacognitives dans l'apprentissage de l'analyse littéraire chez des élèves qui redoublent le cours d'Écriture et littérature au cégep.

Le premier cours de français obligatoire, Écriture et littérature, amène l'élève à rédiger une analyse littéraire. La méthode de travail intellectuel que l'élève aura maîtrisée doit être réinvestie dans les cours suivants auxquels de nouvelles notions s'ajoutent. Il importe donc que l'élève ait intégré une méthode de travail efficace qu'il pourra réutiliser. Cet essai vient montrer dans quelle mesure l'utilisation de stratégies cognitives et métacognitives peut aider l'élève à développer sa compétence à rédiger des analyses littéraires. La problématique de la recherche concerne l'approche pédagogique offerte habituellement dans ce premier cours de français. Nous avons remarqué que l'enseignante ou l'enseignant s'intéresse principalement à la tâche réalisée, soit la rédaction de l'élève, et non à la démarche de ce dernier. Si l'élève suit une procédure qui comporte des lacunes ou omet certaines étapes essentielles, comment peut-on espérer que ce dernier arrive à produire une analyse littéraire satisfaisante? Parallèlement, si l'enseignante ou l'enseignant souhaite apporter une aide personnalisée à l'élève, il lui faut avoir accès aux processus mentaux de ce dernier. Nous avons aussi remarqué que l'élève n'est guère impliqué dans le processus d'évaluation, qu'il s'agisse de l'évaluation de sa démarche ou de son texte. Ainsi la réflexion sur son savoir-faire ou sur sa compétence en rédaction n'est pas sollicitée. Tel que donné, le cours de littérature n'offre pas une place suffisamment grande au processus d'apprentissage de l'analyse littéraire: l'élève est absent du processus d'évaluation et la réflexion sur sa démarche et ses productions n'est pas valorisée. Dans ce cas, l'enseignante ou l'enseignant ne peut espérer un transfert des apprentissages dans le cours suivant. Ces constats nous ont amenée à souhaiter analyser les effets de l'enseignement de diverses stratégies cognitives et métacognitives sur le développement de la compétence à rédiger des analyses littéraires. Afin de répondre à cet objectif général de la recherche, nous avons bâti notre cadre de référence autour de l'approche cognitiviste. Comme notre expérimentation porte principalement sur l'acquisition de connaissances procédurales, c'est à dire un savoir-faire, nous avons repris les grands principes du traitement de l'information proposés par Tardif (1992). Nous avons aussi tenu compte des catégories de connaissances (Barbeau, Montini, Roy, 1997) qui exigent, pour chacune, des stratégies différentes. Puisque notre expérimentation vise une méthode d'enseignement différente compte tenu que nous avons ajouté des stratégies d'autoévaluation et de régulation à nos stratégies cognitives déjà existantes, nous avons privilégié les écrits d'auteurs qui traitent de la métacognition dans le but de développer une compétence. Alors que l'autoévaluation permet à l'élève d'évaluer sa démarche ou son travail, la régulation, quant à elle, est l'action qui devrait suivre en vue d'apporter des correctifs aux lacunes relevées. Ces deux pratiques indissociables devraient permettre à l'élève de réaliser quelles actions il doit mettre en place pour améliorer ses écrits. Ainsi l'élève prend confiance en lui, devient plus autonome et responsable de sa réussite. C'est dans cette optique que s'est déroulée l'expérimentation à l'hiver 2008. Pendant 15 semaines, 25 élèves regroupés à l'intérieur d'un cours d'aide à la réussite ont expérimenté une approche différente de celle du cours dans lequel ils ont échoué. D'abord, l'élève a pris connaissance de ses points forts et de ses faiblesses à l'analyse littéraire du trimestre précédent. Il a pu s'exprimer sur sa conception des critères d'évaluation et ajuster sa compréhension des attentes par la suite. Après chaque production, l'élève a été appelé à porter un jugement critique sur son texte. Aussi, il a pu parler de sa méthode de travail avec ses pairs et évaluer l'efficacité de sa démarche. La réécriture de certains textes a été exigée. À plusieurs reprises, l'élève a dû se questionner sur l'état de ses apprentissages et faire le bilan de ses connaissances. Le travail par les pairs a aussi été très valorisé. Pour vérifier l'impact de notre expérimentation, nous avons recueilli tous les documents relatifs à l'analyse littéraire finale de mai 2008 afin de décrire les processus mentaux mis en place par les élèves et vérifier si leurs stratégies ont été efficaces. Nous avons aussi fait remplir deux questionnaires afin d'analyser les perceptions des élèves quant aux stratégies cognitives et métacognitives expérimentées. Finalement, lors d'une entrevue, l'enseignante nous a fait part de ses perceptions quant à l'intérêt de la recherche et ses limites. Les résultats que nous avons obtenus nous ont permis de voir quelle démarche chaque élève a suivie à partir des traces qu'il a laissées. Il semble que les étapes préalables à la rédaction, celles que l'on retrouve sur la copie de l'extrait littéraire, sont les stratégies les plus utiles pour recueillir toutes les informations nécessaires à la rédaction. Les élèves qui ont laissé des traces de ces étapes sont ceux qui ont le mieux réussi. Cependant, c'est sur le plan des perceptions qu'apparaît encore plus clairement l'importance de combiner les stratégies métacognitives aux stratégies cognitives déjà en place. Les élèves accordent une grande valeur à l'autoévaluation. Cette pratique semble avoir contribué à augmenter leur confiance alors qu'ils sont aptes à détecter leurs forces et leurs faiblesses. Aussi, plusieurs croient que le réinvestissement de cette stratégie dans les autres cours de français pourra les aider dans leur réussite. De manière générale, l'expérimentation de stratégies métacognitives conjointement aux stratégies cognitives donne de bons résultats. Même si l'expérimentation s'est effectuée sur une courte période, elle a eu un impact positif chez les élèves et l'enseignante. Les élèves avaient le sentiment d'être en contrôle de leur réussite. Bref, les résultats nous encouragent donc à poursuivre l'insertion de stratégies métacognitives à l'intérieur du premier cours de français afin d'aider les élèves à acquérir une méthode de travail qui leur sera utile et efficace.