Programme de génie des matériaux pourpouintranet.polymtl.ca/projform/documents/projedu_materiau.pdf · Projet de formation Génie des matériaux Décembre 2004 2 Table des matières

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Programme de génie des matériaux

Vision d’ensemble et objectifs du projet éducatif

Équipe pédagogique du programme de Génie des matériaux

Décembre 2004

Projet de formation Génie des matériaux Décembre 2004

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Table des matières

Présentation 3

1. Vision et objectifs 4

1.1 Analyse de la situation actuelle du programme d’études en génie des matériaux 4 1.1.1. Évaluation et perception du programme 4 1.1.2. Structure du programme 5 1.1.3. Forces et faiblesses du programme actuel 6

1.2 Valeurs poursuivies par le nouveau programme 7 1.3 Définition de l’ingénieur en matériaux 8 1.4 Compétences prônées par le nouveau programme 8 1.5 État du consensus des professeurs 10

2. Tableaux des cours du programme 11

2.1 Tableaux du cheminement 11 2.2 Principes généraux 16

3. Forces incontournables citées dans le cahier des charges 19

3.1 Formation scientifique solide 19 3.2 Formation à la conception 19 3.3 Habiletés personnelles et relationnelles 20 3.4 Aspect international du programme 21

4. Autres composantes du programme 22

4.1 Intégration des matières 22 4.2 Caractère pratique accentué à travers les laboratoires 22 4.3 Réduction de la charge de travail et du contenu des cours 23 4.4 Méthodes pédagogiques 23 4.5 Encadrement 24 4.6 Évaluation des apprentissages 25 4.7 Projets intégrateurs 25 4.8 Stages 27 4.9 Mécanismes d’évaluation continue du programme 28 4.10 Modalités pour le passage aux études supérieures 28


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Présentation

Programme de génie des matériaux

Départements : Depuis le mois de juin 2004, le programme de génie des matériaux est sous la responsabilité des départements de génie chimique et de génie mécanique. Les cours avec sigle MTR sont répartis dans ces deux départements en fonction de leur affinité disciplinaire en relation avec les activités des départements.

Responsable de l’équipe pédagogique : Sylvain Turenne, professeur

Membres de l’équipe pédagogique et rôles

o Jean-Paul Baïlon, professeur : cours d’introduction aux matériaux,

caractérisation microscopique, physique des matériaux. o Oumarou Savadogo, professeur : caractérisation physico-chimique, corrosion,

énergie, procédés électrochimiques, biomatériaux.

o Patrice Chartrand, professeur : thermodynamique, analyse des procédés.

o Yves Verreman, professeur : comportement mécanique des matériaux, mise en forme, mécanique de la rupture.

o Eliane Schmid, étudiante 1er cycle : v-p éducation 2003-2004, biomatériaux.

o Annie Bujeault, étudiante 1er cycle : v-p éducation 2004-2005.


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1. Vision et objectifs

1.1 Analyse de la situation actuelle du programme d’études en

génie des matériaux 1.1.1 Évaluation et perception du programme Le programme de premier cycle de génie des matériaux qui est actuellement offert à l’École Polytechnique découle d’une démarche récente de révision du programme qui a été entreprise à partir de 1999. C’est à partir du printemps 1999 qu’a été formé le Conseil consultatif de l’École Polytechnique (COCEP) sur le génie des matériaux. Le COCEP Matériaux comptait 10 membres provenant de toutes les sphères de l’industrie reliées à la métallurgie, aux matériaux et au génie conseil. Parmi les conclusions générales du rapport du COCEP, on retrouvait le souci de maintenir une formation de base non seulement en métallurgie mais aussi dans les autres types de matériaux, soit les céramiques, les matériaux électroniques, les polymères et les composites afin de présenter un programme distinct de ceux de l’Université Laval et de McGill plutôt axés sur les opérations minières et sur les procédés d’extraction respectivement. On notait aussi les points suivants :

• Maintenir l’enseignement de connaissances de base. • Développer des aptitudes qui permettront aux ingénieurs de s’adapter rapidement à

leur milieu de travail. • Moins de théorie et plus d’applications pratiques (par exemple, visites industrielles). • Faire appel à des « invités de l’extérieur » pour certains cours de façon à rendre

l’enseignement plus pertinent pour mieux faire comprendre la finalité des études. • Conserver l’expertise de Poly dans les procédés secondaires et la caractérisation

(alors que Laval et McGill sont plutôt orientés vers les procédés primaires). • Donner plus de place dans les cours à la modélisation analytique et numérique de

problèmes complexes. • Offrir des notions de contrôle de la qualité, normes ISO, etc.

Les recommandations du rapport du COCEP ont inspiré le comité de programme dans la formulation du contenu actuel présenté plus loin. Deux études plus récentes (en 2003) permettent aussi d’évaluer la perception des diplômés sur la formation en génie des matériaux et des étudiants sur la charge de travail au baccalauréat. L’enquête sur les diplômés révèle que 87% des finissants en génie des matériaux avaient choisi l’École Polytechnique comme premier choix. Malgré qu’au moment où ils ont fait leurs études les stages industriels n’étaient pas obligatoires, 70% des diplômés en avait fait au moins un. Plus de 56% des répondants étaient en faveur d’augmenter le contenu en spécialité, les orientations et les stages. Généralement, on observe un assez bon taux de satisfaction quant au contenu du programme actuel en ce qui concerne les notions de base en mathématiques, physique et chimie, l’économie, la communication orale et écrite, l’informatique, la santé et la sécurité. Le désir d’approfondir leurs connaissances et d’augmenter leurs possibilités d’emploi a poussé 26% des diplômés à poursuivre aux études supérieures. Finalement, une majorité de ceux qui sont sur le marché du travail considèrent que l’enseignement du tronc de spécialité en génie des matériaux est particulièrement pertinent pour leur emploi.


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L’enquête menée par les étudiants du baccalauréat avait pour but de comparer la charge réelle de travail dans les cours du programme par rapport à celle affichée dans le triplet horaire. Cette enquête révèle qu’en général, la charge de travail associée à chacun des cours est bien équilibrée. Cependant, certains cours sont chargés mais c’est surtout la combinaison de cours à l’intérieur de certains trimestres qui semble poser problème. Outre le tronc commun, c’est le trimestre de l’automne 5, où les cours de phénomènes d’échanges (4 cr), transformations de phases (3 cr) et métallurgie physique (4 cr) sont réunis, qui est le plus lourd. Cette étude permet ainsi de cerner quelques faiblesses qu’il sera possible de corriger. Du point de vue de la pertinence du domaine du génie métallurgique et du génie des matériaux, plusieurs guides récents de l'emploi et de carrières de l’avenir donnent tous la même indication : le secteur de la fabrication métallique industrielle est en forte demande. Le niveau élevé de technicité dans les secteurs des procédés d’élaboration et de la fabrication fait en sorte que la formation des ingénieurs en matériaux est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes de conception, de caractérisation et d’utilisation des matériaux. Le résultat de cet état du marché est que la grande majorité des ingénieurs en matériaux qui se trouvent un emploi, travaillent dans les domaines du génie métallurgique, de la transformation et de l’évaluation des performances des matériaux et des produits. Il faut mentionner que le programme, par le passé, était surtout orienté vers la métallurgie. 1.1.2 Structure du programme En réponse aux recommandations exprimées par le COCEP et à la volonté institutionnelle de rationalisation (reliée aux faibles populations étudiantes qui étaient alors inscrites en matériaux), le comité de programme de génie des matériaux a formulé un programme de premier cycle, offert aux nouveaux étudiants depuis deux ans, basé sur :

• un bloc d’une soixantaine de crédits contenant le tronc commun (1ière année) et les cours d’enseignements communs (analyse numérique, cours SSH, projet de fin d’études, gestion de projet, etc.);

• un bloc de cours de base en génie des matériaux d’environ 30 crédits; • une concentration de 30 crédits au choix parmi cinq : métallurgie, plasturgie, physique

du solide, design et analyse, biomatériaux. La majeure partie des cours du tronc commun actuel demeure pertinente pour la formation en génie des matériaux. Cependant, l’ouverture offerte par la présente démarche de projet de formation pourrait permettre de répartir avantageusement ces cours tout au long des quatre années du baccalauréat, à l’instar des cours SSH qui doivent être aussi conservés. Ce programme, en apparence plus complexe que le précédent, a permis de réduire l’offre de cours de matériaux au profit de cours existants dans les autres programmes de l’École Polytechnique. Cette rationalisation permettait ainsi d’exploiter au maximum toute l’expertise de l’École non seulement en métallurgie (qu’il fallait conserver) mais aussi dans les autres familles de matériaux afin que le programme en soit vraiment un de génie des matériaux, distinct des programmes de génie métallurgique de Laval et McGill. De plus, tel que souhaité par le COCEP et par les étudiants eux mêmes, certains profils sont coopératifs (12 mois au total de stages industriels) alors que d’autres ne le sont pas mais offrent un stage obligatoire. Dans la pratique, on peut effectivement observer qu’une très grande majorité des étudiants prennent au moins un stage, même s’ils n’y sont pas obligés. Leurs commentaires sont unanimes : les stages sont appréciés pour l’expérience pratique qu’ils leurs


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apportent ainsi que pour l’expérience humaine d’un milieu de travail qu’ils sont susceptibles de rencontrer après l’obtention de leur diplôme. En parallèle au cheminement proposé par le programme, plusieurs étudiants choisissent d’explorer des stages ou des programmes d’échanges à l’étranger. Nos étudiants se sont ainsi retrouvés en Suisse, en République Tchèque, en Suède, aux Etats-Unis, au Japon, en Angleterre et bien sûr en France. Bien que nous n’ayons pas de programme officiel établi avec d’autres institutions à l’étranger, plusieurs étudiants internationaux nous visitent aussi à chaque année. Ces échanges font en sorte que le programme de génie des matériaux est ouvert sur la formation à l’échelle internationale. Au niveau de la qualité du milieu de vie, nos étudiants semblent être intéressés par l’enseignement en plus petits groupes. Ceci leur assure un accès plus direct aux professeurs et aux personnels techniques, qui incidemment sont grandement appréciés. Bien que laboratoires et travaux pratiques contribuent à augmenter la charge de travail dans certains cours, nos étudiants expriment généralement un haut niveau de satisfaction envers cette forme d’apprentissage. La très grande majorité des cours ont des formes d’évaluation classiques : un ou deux contrôles pendant la session, quelques devoirs, des rapports de laboratoire et un examen final. Certains cours favorisent une approche d’évaluation par projets permettant ainsi d’évaluer aussi certaines habiletés personnelles et relationnelles. 1.1.3 Forces et faiblesses du programme actuel À travers les évaluations de l’enseignement par les étudiants, les études de perception sur la qualité du programme et sur la charge de travail, on peut identifier certaines forces sur lesquelles il faudra construire et certaines faiblesses et difficultés que nous devrons tenter de corriger. En voici une liste non exhaustive : Forces

• Contenus des cours de spécialité pertinents pour le marché du travail. • Facilité d’effectuer des stages industriels en relation avec le programme de formation. • Qualité des laboratoires et pertinence des travaux pratiques. • Contacts agréables avec le personnel technique et les professeurs. • Climat d’entraide entre les étudiants. • Possibilité d’échanges internationaux. • Amélioration perceptible de la qualité de rédaction entre la 1ière et la 4ième année. • Variété des concentrations offertes.

Faiblesses et difficultés

• Certaines combinaisons de cours trop chargées (en particulier les trimestres aut1, hiv2

et aut5). • Faible nombre d’étudiants dans certains cours. • Charge de travail élevée en ce qui concerne les devoirs et rapports de laboratoire. • Trop peu d’évaluation des habiletés personnelles et relationnelles, tant souhaitées des

employeurs. • Perception de faible intégration des cours de tronc commun à l’intérieur du tronc de

spécialité. • Cheminements plus complexes de certaines concentrations; difficulté de gestion.


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1.2 Valeurs poursuivies par le nouveau programme Chaque être humain, par son bagage de valeurs, s’impose des règles de conduite en société qui conditionnent la nature et la forme des échanges qu’il a avec son entourage. Un programme de formation universitaire en génie devrait ainsi favoriser une évolution du système de valeurs de façon à ce que l’étudiant diplômé puisse rencontrer les attentes qu’a la société à son égard. Il est ainsi difficile de préciser toutes les valeurs à développer dans un programme de formation universitaire puisqu’elles sont souvent reliées les unes aux autres et que les acquis des individus au début du processus peuvent être très différents. Pour cette raison, nous n’énumérerons ici qu’un petit nombre de valeurs (qui en impliquent bien d’autres) qui nous semblent primordiales afin de rencontrer les attentes de la société envers les ingénieurs. La formation en ingénierie est bien adaptée à la technicité de plus en plus grande du milieu du travail des ingénieurs. On leur demande de plus en plus, non seulement d’appliquer des notions scientifiques, mais aussi de faire avancer la technologie afin d’augmenter le niveau de bien-être de la société. Ainsi, on peut identifier les deux valeurs suivantes :

• Autonomie : jugement critique dans l’analyse de problèmes complexes, ouverture d’esprit face à de nouvelles approches, valorisation de la communication.

• Professionnalisme : rigueur scientifique et technique dans l’élaboration de projets et de recherche de solutions à des problèmes d’ingénierie, bonne connaissance de ses propres limites, sens des responsabilités.

En plus du caractère technique de sa formation, l’ingénieur doit aussi, comme beaucoup d’autres professionnels, posséder des valeurs à la base des règles implicites conditionnant ses interactions avec d’autres personnes et son entourage. On peut identifier les valeurs humaines suivantes :

• Intégrité : honnêteté, souci constant de justice sociale et de l’éthique. • Respect : des autres personnes, des autres cultures, de l’environnement en favorisant

par exemple des approches de développement durable, de la sécurité des gens et des biens publics.

L’ensemble de ces valeurs transmises à travers les activités de formation du programme de génie des matériaux devrait permettre à l’étudiant d’apprécier le sens de son action dans sa future pratique en visant toujours l’excellence comme but à atteindre.


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1.3 Définition de l’ingénieur en matériaux Il est d’abord possible de présenter une définition générale de l’ingénieur, applicable à toutes les spécialités du génie. Cette définition est inspirée de celle présentée dans l’annuaire de l’École Polytechnique. Ainsi, l’ingénieur est un professionnel qui cherche à exploiter et à créer des systèmes, des procédés, des ouvrages et des produits nouveaux ou améliorés qui soient sûrs, économiques et respectueux de l’environnement. Il veille à servir les besoins de l’être humain tels qu’ils sont exprimés par la communauté, les gouvernements et l’industrie. Le rôle principal de l’ingénieur est de concevoir des systèmes et produits qui font appel à son ingéniosité, son imagination, ses connaissances, ses compétences et à son jugement appuyé par son expérience. L’ingénieur en matériaux participe à toutes les étapes du développement, de la fabrication et de l’utilisation des matériaux. Travaillant souvent en équipe, il met sa compréhension du comportement des matériaux au service de ses collègues et contribue à l’atteinte des objectifs que s’est fixée l’équipe en proposant les matériaux et procédés d’élaboration et de fabrication les plus appropriés. On trouve donc des ingénieurs en matériaux à tous les niveaux, qu’il s’agisse de l’élaboration (procédés primaires), de la transformation des matériaux et de l’assemblage (procédés secondaires) ou du contrôle de la qualité d’un produit fini. 1.4 Compétences prônées par le nouveau programme Le programme de génie des matériaux résulte d’une évolution du programme de génie métallurgique. Parmi les facteurs qui ont mené à sa création, on peut mentionner les besoins de l’industrie et l’évolution récente des matériaux de l’ingénieur, l’évolution constante des procédés d’élaboration, de transformation et d’utilisation des matériaux. La profession est, elle aussi, diversifiée. L’ingénieur en matériaux pourra être responsable d’aciérie ou encore de la fabrication des microscopiques dispositifs à semi-conducteurs présents dans tous les systèmes électroniques d’aujourd’hui. Le programme de génie des matériaux offre à ses étudiants la possibilité de réaliser des projets très souvent en lien avec des industries variées. Autour du système de valeurs qu’aura développé l’ingénieur en matériaux, on peut identifier des compétences techniques et des habiletés personnelles et relationnelles auxquelles s’attendent la société en général et les employeurs en particulier. Compétences techniques

• Capacité de résolution de problèmes : capacité de mettre au point et de mener à terme de nouveaux projets, choix critique de matériaux pour répondre à des applications spécifiques, développement de procédés d’élaboration et de transformation des matériaux métalliques, polymères, céramiques et composites, évaluation de la performance des matériaux dans des conditions d’utilisations pratiques.

• Expertise dans l’évaluation des matériaux : connaissance et maîtrise des différentes

méthodes de caractérisation des matériaux, bonnes connaissances dans les procédés


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d’élaboration et de fabrication, évaluation des contraintes reliées aux conditions d’utilisation en service des matériaux.

• Conception de produits et de procédés : compréhension de la relation entre les

paramètres des procédés utilisés pour élaborer les matériaux, leur microstructure et les propriétés mécaniques, physiques et chimiques qui en résultent, synthèse de la science des matériaux dans les applications industrielles.

• Coordination de projets d’envergure : maîtrise des connaissances techniques

reliées à des projets complexes, détermination et respect des échéanciers, évaluation des besoins en ressources humaines et techniques pour l’exécution d’un projet.

• Recherche d’informations : connaissance des différents réseaux d’informations

techniques dans son domaine, utilisation de normes techniques. Habiletés personnelles et relationnelles

• Capacité à se gérer soi-même et à gérer son entourage : maturité de son implication dans des projets, gestion des conflits entre personnes sous sa responsabilité professionnelle, maintien de son expertise en relation avec l’avancement de la technologie, aptitude à se remettre en question.

• Communications : maîtrise des différentes formes de communications (rapports

techniques, présentations orales), capacité d’effectuer des synthèses de documents complexes, connaissance des outils informatiques, qualité de la langue de communication.

• Capacité d’adaptation : aptitude à réfléchir à des approches nouvelles pour résoudre

des problèmes d’ingénierie, bonne maîtrise des connaissances de base en ingénierie afin de pouvoir œuvrer dans des milieux pluridisciplinaires, capacité de reformuler des projets suite aux critiques de son entourage.

• Qualité des relations interpersonnelles : excellente aptitude au travail en équipe,

bonne identification des différents rôles des membres d’une équipe, ouverture aux milieux de travail multiculturels, capacité d’écoute des autres.

On peut constater que certaines de ces compétences sont plutôt génériques et applicables à tous les domaines du génie. Pour l’ingénieur en matériaux, ces compétences sont attendues dans les secteurs industriels de l’élaboration, de la transformation et de l’évaluation des matériaux de différentes familles dans des secteurs de pointe: aéronautique, structures, machines industrielles, transports, électronique, applications biomédicales, etc. Le caractère multidisciplinaire du génie des matériaux exige des habiletés personnelles permettant à l’ingénieur d’œuvrer dans un milieu de travail en perpétuel changement.


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1.5 État du consensus des professeurs Le projet de programme qui est présenté dans ce rapport découle de plusieurs heures de travail et de réflexion de l’équipe pédagogique du programme de génie des matériaux. L’équipe est formée de cinq professeurs (représentant la moitié des professeurs en génie des matériaux) et de deux représentantes étudiantes qui ont participé à plusieurs rencontres, d’abord au début de l’été 2004, puis tout au long de l’automne 2004. En plus des réunions où la plupart des membres étaient présents, l’équipe pédagogique a été représentée à toutes les rencontres organisées par le comité d’implantation du projet de formation. Le projet a été soumis à quelques reprises à l’ensemble des professeurs de génie des matériaux. Leurs commentaires et avis ont été intégrés dans ce rapport. On peut donc affirmer que ce projet de formation est supporté de façon unanime par les dix professeurs et par les étudiants de premier cycle. Nous sommes confiant qu’ils participeront aussi activement à la mise en place de ce programme. De par sa situation particulière au niveau des départements de génie chimique et génie mécanique, le programme présenté dans le présent document a obtenu l’accord initial des deux directeurs de département basé sur le contenu de cours partagés. Leur accord doit cependant être obtenu sur le résultat final qui ne s’éloigne pas du projet initial.


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2. Tableaux des cours du programme

2.1 Tableaux du cheminement Une part importante du travail du comité de programme de génie des matériaux a consisté à produire une grille de cours compatible avec les exigences du BCAPI et du cahier des charges proposé par l’École Polytechnique, ainsi qu’avec les contraintes imposées par l’offre de cours des groupes experts (mathématiques, sciences sociales et humaines) et des autres programmes (départements de génie mécanique, génie physique et génie chimique). La liste des cours à chaque session est présentée dans les pages suivantes. Les tableaux du cheminement du programme ainsi que ceux regroupant l’offre des différentes orientations sont aussi présentés aux pages suivantes. Les cours de matériaux sont encadrés. Ceux qui subiront un changement important, soit dans leur contenu, le nombre du crédits ou leur forme sont indiqués sur fond de gris. Bien que le tronc commun de première année soit à toutes fins pratiques disparu, la majorité des cours, de par leur contenu essentiel, demeurent présents dans le programme de premier cycle; ils sont cependant étalés sur plus d’une année. On retrouve aussi des cours de la spécialité du génie des matériaux plus tôt dans le programme, dès la première année, tel que souhaité dans le nouveau projet de formation. Une modification importante a été apportée en ce qui concerne la coloration de la formation dans différentes options. Le programme actuel offrait des concentrations de 30 crédits plutôt que des orientations de 12 crédits. Les étudiants nous ont exprimé que le principal inconvénient des concentrations réside dans leur début hâtif dans le programme, dès la deuxième année dans certains cas. Les cas vécus ont montré que l’arrimage avec les autres programmes peut être difficile. Les étudiants souhaitent choisir leur option de la spécialité du génie des matériaux le plus tard possible. Aussi, afin d’uniformiser le cheminement quelque soit l’option choisie, un seul stage obligatoire fera partie du nouveau programme. Les différentes structures actuelles du programme (certains cheminements coop, avec stages, sans stage), en fonction de l’option choisie, sont donc abandonnées au profit d’une structure unique. En résumé, dans le but de favoriser le recrutement au CÉGEP, les colorations ont été conservées mais transformées en orientations. Celles-ci, en plus des orientations thématiques reliées à l’innovation technologique et à la gestion de projets, sont présentées dans un second tableau.


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Cours de la 1ère année MTR1000 Matériaux (3) MTH1006 Algèbre linéaire (2) MTH1101 Calcul I (2) MTR2100 Caractérisation physicochimique (2) MECxxxx Statique (2) LOG1011N Programmation (3) MTRxxxx Plastiques, élastomères et composites (2) MTH1102 Calcul II (2) MECxxxx Résistance des corps déformables (3) MTR1101 Caractérisation microstructurale (3) MECxxxx Modélisation solide (3) MECxxxx Projet I (3) Cours de la 2ième année MTH2302B Probabilités et statistiques (3) MTR2200 Thermodynamique (2) GCHxxxx Procédés et développement durables (3) PHS3103 Cristallographie (3) PHSxxxx Champs électromagnétiques (3) MTH1115 Équations différentielles (3) MTR2211 Diagrammes d’équilibre (3) MTR3300 Phénomènes électrochimiques et corrosion (3) MTR2600 Rhéologie des matériaux solides (3) MTR2900 Projet II (3) Cours de la 3ième année MTR4520 Matériaux céramiques (3) MTH2210A Méthodes numériques (3) MTR3400 Transformations de phases (3) MTR3600 Métallurgie physique (4) SSH5103 Automatisation et société (3) PHS2700 Physique des composants électroniques (3) GCH3510 Phénomènes d’échanges (4) SSH5201 Économique de l’ingénieur (3) MTR3900 Projet III (3) ST501 Stage industriel (3)

Projet de formation D

Génie des matériaux écembre 2004

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Cours de la 4ième année MTR4600 Mise en œuvre des matériaux (3) MTR4610 Modélisation numérique de la mise en forme (3) 2 cours d’orientation (6) MTR4100 Essais non destructifs et contrôle de la qualité (3) SSH5501 Éthique appliquée à l’ingénierie (2) 2 cours d’orientation (6) MTR4900 Projet IV (6) Cours d’orientation (blocs de 12 crédits) Plasturgie MEC4330 Composites (3) MEC8903 Fabrication des pièces plastiques par injection (3) GCH3320 Procédés d’extrusion (3) GCHxxxx Macromolécules (3) Procédés métallurgiques MTR3201 Métallurgie extractive (3) MTR3500 Phénomènes de cinétique (3) MTR4400 Traitements thermiques et soudage (3) MTR4300 Procédés électrochimiques et hydrométallurgiques (3) Microfabrication PHS4310 Microfabrication (3) PHS4320 Science et caractérisation des surfaces (3) PHS4311 Microsystèmes (3) PHS4312 Physique et technologie des couches minces (3) Biomatériaux GBM3000 Physiologie, systèmes et technologies (3) GBM6115 Introduction aux biomatériaux (3) BIO1153 Biologie cellulaire (3) GBM6114 Principes de biomécanique (3) GBM6155 Biocompatibilité et science des biomatériaux (3) Design et analyse MEC6508 Intégration de la conception et de la fabrication (3) MEC3310 Éléments de CFAO (3) MEC4320 Calcul des composantes mécaniques (3) MECxxxx Cours au choix (3) MEC4340 Projet de prototypage virtuel (6)

Cheminement du programme en génie des matériaux

Chaînes AUT-1 HIV-2 AUT-3 HIV-4 AUT-5 HIV-6 ÉTÉ AUT-7 HIV-8

Projets PROJ1 (3) PROJ2 (3) PROJ3 (3)

MatériauxMTR1000 (3)

MatériauxMTRxxxx (2) Polymères

MTR4520 (3) Céramiques

PHS2700 (3) Comp. Élect.

MathématiquesMTH1006 (2) Algèbre Lin.

MTH1102 (2) Calcul II

MTH2302B (3) Prob. Stat.

MTH1115 (3) Équations diff .

MTH2210A (3) Méth. Num.

MTH1101 (2) Calcul I

ChimieMTR2100 (2)

Carac. Ph. Ch.MTR2200 (2)

Thermo.MTR2211 (3)

Diag. Équ.MTR3400 (3) Transf. Phas.

GCH3510 (4) Phén. Éch.

GCHxxxx (3) Proc. Dév. Dur.

MTR3300 (3) Phén. Électro.

MécaniqueMECxxxx (2)

StatiqueMECxxxx (3) Résist. Mat.

MTR2600 (3) Rhéologie

MTR3600 (4) Mét. Phys.

MTR4600 (3) Mise en œuvre

MTR4610 (3) Mod. M. forme

CaractérisationMTR1101 (3) Carac. Micro.

PHS3103 (3) Cristallo.

MTR4100 (3) Contr. qual.

SSHSSH5103B (3) Automat. Soc.

SSH5201 (3) Économique

SSH5501 (2) Éthique

AutresLOG1011N (3) Programmation

MECxxxx (3) Modél. Sol.

PHSxxxx (3) Champs

ST501 (3)

Orientations 2 cours (6) 2 cours (6)

Total des crédits 14 16 14 15 16 13 3 15 14

PROJ4 (6)

AUT-7 HIV-8 AUT-7 HIV-8 AUT-7 HIV-8 AUT-7 HIV-8

GPxx01 (3) Conc. Proj. Ing.

GPxx03 (3) Suivi Proj.

MEC4330 (3) Composites

GCH3320 (3) Proc. Extrusion

PHS4310 (3) Microfab.

PHS4311 (3) Microsyst.

MTR3201 (3) Mét. Extract.

MTR4400 (3) TT+soud.

GPxx02 (3) Planif. Proj.

GPxx04 (3) Gest. Éq. Pluri.

MEC8903 (3) Injection

GCHxxxx (3) Macromoléc.

PHS4320 (3) Tech. Surf.

PHS4312 (3) Couc. Minces

MTR3500 (3) Cinétique

MTR4300 (3) Hydromét.

IT400 (3) Innov. Tech.

IT430 (3) Innov. indus.

GBM3000 (3) Physio.

BIO1153 (3) Biologie Cel.

MEC6508 (3) Conc. Fab.

MEC4320 (3) Dyn. Mach.

IT510 (3) Entrepreneur.

IT500 (3) Comm.n.prod.

GBM6115 (3) Intro Biomat.

GBM6114 (3) Bioméca.

MEC3310 (3) Éléments CFAO

MECxxxx (3) Choix

GBM6155 (3) Biocompat.

Gestion de projets technologique

MEC4340 (6) Proj. Prot. Vir.

Innovation technologique

Plasturgie Microfabrication

Biomatériaux

Procédés métallurgiques

Design et analyse

Orientations de 12 crédits en génie des matériaux

Projet de formation Génie des matériaux 16 Décembre 2004 2.2 Principes généraux Les ressources du programme de génie des matériaux mises en synergie avec les programmes de génies mécanique, physique et chimique, conduisent à la construction d’un programme arrimé sur les différents groupes experts de l’École Polytechnique. Ainsi, dans la première année, on retrouve un bloc de cours communs avec le programme de génie mécanique (statique, modélisation solide, résistance des matériaux, projet I, polymères) définissant en partie le volet du comportement mécanique des matériaux dans leurs utilisations. Il en est de même avec une chaîne de cours communs avec génie chimique en deuxième année (thermodynamique, procédés et développement durable, phénomènes électrochimiques et plus tard, phénomènes d’échanges) plutôt reliée cette fois aux procédés d’élaboration primaires des matériaux. Les cours en commun avec le génie physique (champs électromagnétiques, cristallographie, matériaux électroniques et microfabrication) font de leur côté ressortir en partie le volet caractérisation et comportement des matériaux utilisés en électronique. La participation de ces programmes est aussi mise à contribution dans l’offre de cours des différentes orientations. Dans chacun de ces cas, le contenu des cours a été discuté avec les départements concernés afin de s’assurer que l’intégration et les préalables soient adéquats. Nous croyons que cette approche permettra de favoriser une formation pluridisciplinaire de nos étudiants. De plus, le contenu des cours de première année est largement compatible avec les programmes de génie mécanique et de génie chimique. Avec l’addition de un ou deux cours, il sera possible de créer des passerelles entre ces deux programmes et celui de génie des matériaux pour faciliter le transfert des étudiants qui le désire d’un programme à l’autre. Afin d’illustrer de façon plus concrète les différents secteurs dans lesquels peut œuvrer un ingénieur en matériaux, quatre cours de la spécialité sont offerts dès la première année (matériaux, polymères, caractérisations physico-chimique et microscopique). Le cours de matériaux de première année a été augmenté de 1 crédit par rapport à la situation actuelle afin de bien illustrer les différents domaines d’applications. Les grandes familles de matériaux sont aussi couvertes au cours des quatre années de telle sorte que le programme en soit un véritablement de génie des matériaux et non seulement de génie métallurgique. Des discussions avec des représentants de l’unité mathématiques ont aussi permis de cerner les contenus des cours de mathématiques appropriés pour des ingénieurs en matériaux. Le contenu des cours d’algèbre linéaire, de calcul I et II et d’équations différentielles sont partagés avec les besoins de plusieurs autres programmes. Le cours de méthodes numériques, allégé par le retrait de l’apprentissage de Matlab, sera certainement plus accessible pour les étudiants. Il est prévu de couvrir l’apprentissage de Matlab dans le cours d’informatique offert par le programme de génie logiciel dès la première année. De même, la difficulté reliée au cours d’équations différentielles réside à notre avis dans son offre actuelle en première année. Dans le programme proposé ici, ce cours est repoussé à la fin de la deuxième année alors que les étudiants possèdent une plus grande maturité. Ceci permettra aussi de rapprocher la matière des cours où les équations différentielles sont utilisées (transformations de phases, phénomènes d’échanges). En ce qui concerne les statistiques, le comité de génie des matériaux est heureux de la présentation d’une version du cours qui regroupe la régression simple, la planification d’expériences et le contrôle de qualité. Ces points ont été spécifiquement mentionnés par le COCEP Matériaux comme étant importants dans la formation d’un ingénieur en matériaux. Les exigences du BCAPI imposent un contenu du programme dans la dimension touchant les sciences humaines et sociales. Les propositions de l’unité d’études complémentaires de gestion de projets et d’innovation technologique (ÉC-GP-IT) ont aussi été intégrées dans le


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programme de premier cycle. On retrouve ainsi des cours sur l’éthique, l’économie, les impacts de la technologie sur la société et la gestion de projet. Dans ce dernier cas, il est envisagé d’intégrer la version B (modulaire) de 2 crédits au projet de quatrième année. Les sigles des cours SSH présentés dans le tableau se réfèrent aux descriptions fournies par l’unité ÉC-GP-IT. Certaines normes qualitatives du BCAPI sont aussi intégrées au présent projet de formation en génie des matériaux. Les notions de développement durable seront présentées dans le cours de génie chimique de l’automne 3. La présentation des normes de sécurité dans les laboratoires, principalement en ce qui a trait à l’utilisation des produits chimiques, sera insérée dans le cours MTR2100 de première année. L’apprentissage et l’évaluation des techniques de communication écrites et orales sont intégrés à plusieurs cours et projets tout au long des quatre années du baccalauréat. Ceci sera détaillé plus loin dans la section 3.3. Le programme de génie des matériaux ainsi constitué se compare parfaitement à d’autres programmes semblables en Amérique du Nord. On montre au tableau de la page suivante une comparaison des contenus avec d’autres universités qui offrent des programmes de génie des matériaux, de génie métallurgique ou de « materials sciences ». Cette comparaison exclut les stages, les projets et les cours à choix correspondant à nos orientations. On constate que la formation à l’École Polytechnique est à la fois pluridisciplinaire et complète sur les éléments de base. Nous croyons que cette formation, renforcée par une intégration des connaissances dans les projets, permettra de produire des ingénieurs qui seront en demande dans plusieurs secteurs d’activités.


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Tableau comparatif des contenus du programme de génie des matériaux de Polytechnique et de ceux d’autres universités Nord Américaines

COURS École Polytechnique Lav McG Tor MIT Gtech OSU IIT Matériaux X X X X X X Algèbre linéaire X X X X X X Caractérisation physicochimique X X X Statique X X X Programmation X X X X X Calcul I X X X X X X X Calcul II X X X X X X X Polymères X X X X Résistance des matériaux X X X X X X X Modélisation du solide X X X X Caractérisation microstructurale X X X X X X Probabilité et statistique X X X Thermodynamique X X X X X X Procédés et développement durables X X X X X Cristallographie X X X Champs électriques X X X X Équations différentielles X X X X X X Diagrammes d’équilibre X X X X X X X Électrochimie et corrosion X X X X X X X Rhéologie X X X X X X Méthodes numériques X X X Transformations de phases X X X X X Métallurgie physique X X X X X Automation et société X X X X X Céramiques X X X X Matériaux électroniques X X X X X X Phénomènes d’échanges X X X X X X X Économique X X X X X Modélisation et mise en forme X X X Mise en oeuvre X X X Contrôle de qualité X Éthique X X

Lav : Université Laval, McG : McGill, Tor : Université de Toronto, MIT : Massachussets Institute of Technology, GTech : Georgia Tech, OSU : Ohio State University, IIT: Illinois Institute of Tecnology.


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3. Forces incontournables citées dans le cahier des charges

3.1 Formation scientifique solide Le programme de génie des matériaux, comme tous les autres programmes offerts par l’École Polytechnique, est reconnu pour sa formation scientifique de haut niveau permettant aux ingénieurs d’aborder des problèmes de complexité élevée. Il fallait ainsi conserver cette formation scientifique à partir des connaissances fondamentales en chimie, mathématiques, mécanique et physique. La qualité du diplôme n’est pas seulement reliée aux connaissances théoriques acquises au baccalauréat mais aussi à la formation pratique à travers les laboratoires et études de cas auxquels sont soumis les étudiants. Ainsi, le programme proposé maintient les éléments de la formation scientifique qu’il a offert au cours des dernières années. 3.2 Formation à la conception L’ingénieur en matériaux dans sa pratique est souvent amené à développer et améliorer de nouveaux matériaux ou de nouveaux procédés d’élaboration et de transformation. Ces contributions sont généralement appuyées sur la formation scientifique de l’ingénieur mais aussi sur la capacité à intégrer les connaissances théoriques et pratiques acquises au cours de cette formation. La conception en génie des matériaux fait appel à une bonne connaissance des propriétés des principales familles de matériaux utilisés dans des applications structurales ou fonctionnelles. L’expertise en conception de l’ingénieur en matériaux sera utilisée par exemple dans les situations pratiques suivantes :

• Choix d’un matériau pouvant résister aux contraintes mécaniques et thermiques rencontrées dans un moteur d’avion;

• Analyse par simulation numérique du procédé de mise en forme par forgeage de façon à pouvoir éviter la fissuration d’un acier;

• Détermination des paramètres d’opération d’un procédé afin d’identifier le matériau approprié qui sera utilisé pour la fabrication d’un réacteur qui résistera à la corrosion sous contrainte, aux chocs thermiques, etc.;

• Choix d’un matériau céramique réfractaire pouvant être utilisé dans la construction de fournaises de fonderie pour l’industrie de l’aluminium;

• Identification des propriétés physico-chimiques d’un électrolyte polymère pour la fabrication de piles à combustible;

• Évaluation de l’évolution des propriétés d’un alliage métallique soumis à des traitements thermiques.

Le programme de génie des matériaux aura donc pour but de mettre les étudiants dans des situations pratiques, pertinentes du point de vue industriel, en partie dans les cours mais surtout par l’entremise des projets. Plusieurs éléments de la formation de l’ingénieur en matériaux doivent être intégrés dans la conception d’un produit ou d’un procédé. Les éléments suivants constituent un minimum que chaque étudiant devrait maîtriser à la fin du baccalauréat :

• Évaluation des modes de chargement mécanique, des sollicitations thermique, électrique et chimique d’un composant fonctionnel dans un assemblage complexe;


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• Propriétés générales des principales classes de matériaux (polymères, alliages métalliques, semi-conducteurs, céramiques, composites);

• Connaissance des principaux procédés d’élaboration primaires des matériaux à partir de matières premières (paramètres d’opération, caractéristiques des matériaux qui en résultent, impact environnemental, etc.);

• Connaissance de l’évolution des matériaux dans les procédés secondaires (moulage, mise en forme, fabrication à partir de poudres, etc.) et tertiaires (traitements thermiques, modification des surfaces, etc.) afin de pouvoir prédire les propriétés finales des matériaux telles qu’elles sont désirées dans les applications;

• Impact économique et social du développement de nouveaux procédés. Ces points constituent le cœur de l’expertise en génie des matériaux en ce qui a trait à la conception. Comme mentionné précédemment, lorsque l’ingénieur en matériaux travaille dans une équipe pluridisciplinaire qui œuvre dans la conception d’une application complexe, il pourra faire bénéficier le groupe de son expérience dans les aspects touchant les matériaux. La plupart des projets d’ingénierie comprennent des problèmes d’utilisation ou de transformation des matériaux. 3.3 Habiletés personnelles et relationnelles L’École Polytechnique a choisi récemment de privilégier les habiletés personnelles et relationnelles de l’ingénieur dans la communication et dans le travail en équipe. Plusieurs activités spécifiques sont déjà prévues tout au long du programme pour renforcer d’une part les habiletés de communication orale et écrite, et d’autre part le comportement de l’étudiant dans le travail en équipe, principalement dans la réalisation de projets. L’élément nouveau du présent programme de formation consiste à fournir à l’étudiant un moyen d’évaluer son parcours à travers ces habiletés sous la forme d’une rétroaction (commentaires constructifs sur les points à améliorer) qui serait consignée dans un cahier unique qu’il posséderait durant son baccalauréat. Ainsi, lors d’une évaluation de communication orale par exemple dans un cours particulier, le professeur pourrait inscrire non seulement une note mais aussi des commentaires ayant pour but de proposer à l’étudiant des moyens pour corriger ses faiblesses. Cet outil permettrait à l’étudiant de pouvoir apprécier son évolution durant le baccalauréat. Les cours suivants ont été identifiés pour évaluer le volet communication :

• En première année : caractérisation microstructurale (écrit) et projet I (oral et écrit); • En deuxième année : rhéologie des matériaux (écrit) et projet II (écrit et oral); • En troisième année : transformations de phases (oral), métallurgie physique (écrit) et

projet III (oral et écrit); • En dernière année : essais non destructifs et contrôle de la qualité (écrit) et projet IV

(oral et écrit). D’autres cours pourraient s’ajouter. L’évaluation de la performance de l’étudiant sera faite par les professeurs qui devront fournir une note et des remarques qualitatives ainsi que le barème d’évaluation qui sera inclus dans le cahier de l’étudiant. En ce qui concerne le travail par équipe, c’est principalement à travers les projets que sera évalué le comportement de l’étudiant dans sa relation avec les autres et dans les différents rôles qu’il sera amené à jouer dans l’équipe. La forme d’évaluation, à établir avec des


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spécialistes, reste à préciser. L’évaluation des habiletés au travail en équipe constitue un ajout important par rapport au programme actuel en génie des matériaux. Il est évident que l’ajout de ressources humaines (professeurs, professionnels, ingénieurs de la pratique,…) sera absolument nécessaire afin d’appuyer, même de façon ponctuelle, le travail des équipes de professeurs associés aux projets. Il en sera ainsi par exemple dans l’évaluation du rôle de chaque étudiant dans les équipes et de l’acquisition des notions de gestion de projets en quatrième année. 3.4 Aspect international du programme Bien que le programme actuel et celui proposé dans le présent projet de formation n’offrent pas spécifiquement d’orientation ou d’option à l’étranger, il a toujours été possible pour nos étudiants de bénéficier de programmes d’échanges ad hoc dans diverses universités ou écoles d’ingénieurs (en France, en Suisse, aux États-Unis, en Suède et en République Tchèque, etc.). Les étudiants doivent avant leur départ valider leur choix de cours à l’étranger afin que soient crédités en équivalence les cours de leur programme. Il a toujours été possible par le passé d’avoir la souplesse nécessaire pour adapter les contenus de cours qui peuvent être légèrement différents. Les étudiants qui ont participé à de tels programmes d’échange d’un trimestre ou d’un an sont unanimes pour dire que l’expérience est très valorisante des points de vue scientifique et culturel. Plusieurs étudiants en profitent pour approfondir une seconde langue. Cette philosophie d’ouverture sera encouragée dans le cadre du projet de formation en génie des matériaux. Par ailleurs, il serait intéressant de favoriser la maîtrise d’une seconde langue par d’autres moyens que des échanges internationaux. Ainsi, sans obliger les étudiants à suivre un cours d’anglais, il serait possible d’encourager les étudiants à acquérir, par eux-mêmes, un niveau satisfaisant de maîtrise de l’anglais. Cette démarche personnelle pourrait être menée tout au long des quatre années à travers des lectures, écrits et présentations orales qui pourraient être évalués. Une réflexion est en cours au niveau du Conseil Académique en ce qui concerne l’apprentissage d’une seconde langue. Le programme de génie des matériaux saura s’adapter au format choisi par l’École Polytechnique. Nos étudiants peuvent aussi bénéficier de la présence d’étudiants étrangers à l’École Polytechnique. Ces étudiants, provenant surtout de France, sont plus nombreux que les étudiants de notre programme qui partent en échange. Nous ne croyons pas qu’il serait justifié d’établir des programmes structurés avec des universités étrangères du fait du petit nombre d’étudiants de l’École Polytechnique qui seraient impliqués dans de tels programmes. On peut néanmoins identifier l’Institut National des sciences Appliquées (INSA) de Lyon et l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Suisse) avec lesquelles les échanges sont plus fréquents.


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4. Autres composantes du programme

4.1 Intégration des matières Une bonne part des sujets traités dans la spécialité du génie des matériaux sont déjà intégrés à l’intérieur de chaînes de cours touchant les différents volets de la discipline. Ainsi, la dimension du génie des matériaux touchant à l’application de la thermodynamique relie fortement les cours de la chaîne identifiée « chimie » dans le tableau de cheminement du programme. Il en est de même pour les cours touchant au comportement des matériaux en service qui se retrouvent dans la chaîne « mécanique ». Un effort évident d’intégration sera développé à travers les projets I, II, III et IV tel que présenté plus loin à la section 4.6. La nouveauté proviendra d’un effort accru dans l’intégration des cours de mathématiques aux cours de la spécialité. Les discussions récentes avec les professeurs de l’unité de mathématiques appliquées nous laissent croire qu’il sera possible d’influencer le contenu de leurs cours de façon à inclure des exemples d’application spécifiques au génie des matériaux. On peut penser par exemple à la définition d’un exercice dans le cours d’algèbre linéaire montrant l’application du calcul matriciel lié au changement de coordonnées spatiales dans un problème de rhéologie, à l’utilisation des équations différentielles pour résoudre des problèmes de diffusion en transformations de phases ou d’application de méthodes numériques pour résoudre des problèmes complexes en modélisation de la mise en forme. L’abandon de l’enseignement des rudiments de Matlab en mathématiques pour le transférer dans le premier cours de programmation créera aussi un lien souhaitable entre l’informatique et les méthodes utilisées en mathématiques. Finalement, le rapprochement du cours d’équations différentielles aux cours qu’il dessert favorisera un lien plus direct et une meilleure réussite du fait que les étudiants en fin de deuxième année auront un bagage plus complet de maturité pour aborder cette matière. 4.2 Caractère pratique à travers les laboratoires Le programme actuel de génie des matériaux contient déjà un très grand nombre d’activités de laboratoire qui en font un programme axé sur la pratique de l’ingénieur. Ce caractère pratique a d’ailleurs été souvent souligné par les étudiants comme étant un point fort du programme. Certains travaux pratiques se déroulent même dans des laboratoires externes (CRIQ pour les céramiques) ou chez nos partenaires industriels (essais mécaniques et essais non destructifs). De plus, compte tenu de la taille des groupes, il est possible de mettre nos étudiants en contact avec des équipements à la fine pointe de la technologie (caractérisation chimique, microscopie électronique) qui sont aussi utilisés en parallèle dans les activités de recherche des professeurs et chercheurs en matériaux. Les cours suivants du programme de base présentés en ordre chronologique possèdent des activités de travaux pratiques (excluant les travaux dirigés) :

• MTR2100 Caractérisation physico-chimique des matériaux • MTR1101 Caractérisation microstructurale • MTR3300 Phénomènes électrochimiques • MTR2600 Rhéologie des matériaux solides • MTR4520 Céramiques


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• MTR3600 Métallurgie physique • MTR4600 Mise en oeuvre des matériaux • MTR4100 Essais non destructifs et contrôle de la qualité

Ainsi, nous maintiendrons l’excellent niveau des travaux de laboratoire actuels. Ceux-ci consolideront certainement les connaissances et habiletés acquises dans les projets à chaque année du baccalauréat. 4.3 Réduction de la charge de travail et du contenu des cours L’enquête récente des étudiants de premier cycle sur la charge de travail a guidé nos efforts dans la construction du programme afin de corriger les problèmes qui ont été identifiés et présentés partiellement à la section 1.1.1. Ainsi, le nouveau programme inclura les mesures suivantes :

• Étalement des cours de mathématiques sur plusieurs années plutôt que de les concentrer en première année;

• Allégement des cours de Calcul I et d’équations différentielles par le retrait de l’apprentissage du logiciel Maple;

• Allégement du cours d’analyse numérique par le retrait de l’apprentissage du logiciel Matlab qui sera plutôt vu dans le cours d’informatique Programmation I;

• Augmentation du nombre de crédits (de 2 à 3) pour le cours de Matériaux de première année;

• Dissociation des trois cours actuels de la session d’automne 5 qui sont chargés pour les répartir en automne 5 (transformations de phases et métallurgie physique) et en hiver 6 (phénomènes d’échanges);

• Allègement du nombre de rapports de laboratoire et du détail des analyses demandées en mettant l’accent sur la synthèse et sur la clarté de la communication technique;

• Réduction du nombre de contrôles en transformations de phases (2 à 1) et du nombre de rapports de travaux pratiques en métallurgie physique.

Nous croyons que ces quelques modifications auront pour effet de réduire la charge de travail des étudiants, là où des problèmes avaient été identifiés. 4.4 Méthodes pédagogiques Le programme de génie des matériaux est largement ouvert sur les autres spécialités du génie. Il est évident que nous n’avons pas de contrôle sur les cours qui proviennent d’autres programmes et qui sont intégrés au nôtre. Les méthodes pédagogiques qui seront utilisées dans les cours de génie des matériaux seront semblables à celles qui sont actuellement en cours, en laissant cependant une plus large part de responsabilité aux étudiants. Comme nous cherchons à développer la responsabilisation chez nos étudiants, nos méthodes d’enseignement et d’évaluation doivent être conséquentes. Cette approche aura pour effet de laisser aux étudiants le soin de moduler leur charge de travail à travers le trimestre. Ceci se traduira nécessairement par une réduction des « contrôles » qui avaient pour but d’obliger les étudiants à suivre le rythme du cours plutôt qu’à s’y adapter. Cette diminution du nombre d’évaluations se fera bien sûr sans compromis sur le niveau de maîtrise et de synthèse des connaissances qui est exigé.


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Les quelques exemples suivants permettent d’illustrer les méthodes pédagogiques qui seront utilisées.

• Enseignement magistral avec périodes de travaux dirigés pour mettre en pratique les notions vues en classe;

• Travaux de laboratoire avec problèmes fermés (acquisition de méthodes et techniques) et problèmes ouverts (identification de matériaux, conception,…);

• Présentation d’études de cas typiques rencontrés dans la pratique de l’ingénieur en matériaux (choix de matériaux, analyse de rupture, détermination des paramètres d’un procédé d’élaboration,…);

• Utilisation de sites WEB pour certains cours dans le but de faciliter la transmission de documents et d’informations à distance;

• Développement d’exerciseurs et de démonstrations (expériences de laboratoires, procédés, etc.) informatisés et accessibles à travers un site de cours;

• Enseignement adapté à l’évolution des projets (méthodologie, gestion de projet, notions de communication,…);

• Enseignement modulaire du cours Matériaux par une approche autodidacte (livre, didacticiel, exercices en ligne, groupes de discussion, …) de façon à pouvoir adapter le contenu du cours aux différentes exigences d’un programme.

4.5 Encadrement Le nombre d’étudiants inscrits au programme de génie des matériaux fait qu’il soit très facile d’établir une relation cordiale et directe entre les professeurs, le personnel technique et les étudiants. Le local du comité étudiant du programme se situe au milieu de l’espace où l’on retrouve la plupart des bureaux des professeurs, les laboratoires du premier cycle et leur salle de travail. Comme pour la plupart des programmes, il existe une activité d’accueil des nouveaux étudiants au début des trimestres d’automne et d’hiver. Depuis maintenant trois ans, l’École Polytechnique abrite la section étudiante de l’American Society for Materials (ASM) qui a un pendant industriel à Montréal. Cette société savante fournit un milieu fertile aux étudiants qui leur permet de donner un sens concret à leur formation. Plusieurs activités sont ainsi organisées par l’entremise de ce regroupement : visites industrielles, soirée des étudiants où sont présentés des posters sur les projets de fin d’études des étudiants de premier cycle, soirée vins et fromages avec des industriels. Les professeurs du programme participent à ces activités qui stimulent les échanges avec les étudiants. Ainsi, la grande majorité des étudiants sont connus des professeurs par leur nom! On peut affirmer sans se tromper que presque tous les étudiants du programme fréquentent soit le local étudiant, soit la salle de travail où se trouvent des ordinateurs mis à leur disponibilité. En résumé, les formes d’encadrement actuelles et les diverses activités d’intégration font que les étudiants développent rapidement un sentiment d’appartenance au programme qui est assez marqué. Depuis quelques années, leur participation intense aux activités de recrutement dans les CEGEPs est remarquable. Leur intérêt à participer à la présente démarche de projet de formation est une autre indication de l’efficacité de notre approche. Même si nos activités de recrutement et la publicité favorable du nouveau programme de premier cycle amènent une clientèle plus nombreuse telle que souhaitée, nous maintiendrons nos activités d’encadrement qui nous assurent un milieu de vie agréable.


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4.6 Évaluation des apprentissages Des méthodes d’évaluation des apprentissages variées sont déjà utilisées dans les cours du programme. Les enquêtes menées par les étudiants révèlent que le nombre d’épreuves où ils sont évalués n’est pas trop grand. C’est surtout sur le temps nécessaire à compléter les devoirs et rapports de laboratoires qu’ils considèrent qu’un effort de réduction doit être apporté. Pour notre spécialité, la dimension importante de la formation associée au travail expérimental implique qu’il soit nécessaire d’évaluer à la fois la maîtrise de techniques de laboratoire et l’analyse et l’interprétation des résultats qui sont obtenus. Nous envisageons donc de revoir l’ampleur du travail demandé en allégeant au maximum la quantité de travail de production de résultats pour privilégier l’analyse et la discussion. Ceci pourra être fait dans certains cas en effectuant au préalable certains essais pour fournir directement aux étudiants (à la suite d’une démonstration) les résultats expérimentaux. Certains rapports de laboratoire pourront ainsi être complétés durant les périodes allouées aux travaux pratiques. Les contrôles périodiques, même lorsque leur nombre est faible, ont pour effet de créer une concentration d’activités importante autour de la semaine de relâche. Nous allons privilégier une offre de cours avec un seul contrôle durant le trimestre. En assurant une distribution équilibrée avant et après la semaine de relâche pour les cours de notre programme, nous croyons que cela aura pour effet d’alléger la charge de travail des étudiants. Les questions d’examen seront construites pour favoriser l’évaluation de la méthodologie de résolution de problèmes plutôt que le résultat seulement. C’est bien sûr dans les projets que se trouve le principal défi dans l’évaluation des habiletés personnelles et relationnelles. L’équipe de professeur responsable des projets de chaque année évaluera l’ensemble des compétences techniques (compréhension et communication) et humaines (travail en équipe, comportement et leadership) au moyen de rencontres de coordination. Ce modèle doit être élaboré au cours des prochaines années puisqu’il s’agit d’un changement de culture majeur pour tous les programmes de l’École Polytechnique. 4.7 Projets intégrateurs L’élément le plus novateur du projet de formation en génie des matériaux concerne la mise sur pieds de projets intégrateurs à chacune des années du baccalauréat. Bien que certaines activités existent déjà, le présent projet renforcera la cohésion entre les professeurs des cours à intégrer. Ainsi, au lieu d’un seul professeur qui coordonne les projets, on propose une coordination par une équipe de professeurs (et d’ingénieurs de la pratique si les ressources sont disponibles) pour veiller à ce que la matière enseignée dans les cours préalables soit appliquée adéquatement. Il serait intéressant que la direction de la coordination de chaque projet soit différente à chaque année et remplacée par un professeur de l’équipe qui enseigne un des cours à intégrer. Ce modèle de structure sera appliqué pour les projets des quatre années. Le projet de la première année consistera principalement en une introduction aux méthodes utilisées dans les projets d’ingénierie. Comme les ponts sont nombreux entre les ingénieurs en matériaux et les ingénieurs en mécanique, notre programme utilisera le cours développé par le programme de génie mécanique pour le projet de première année. En plus des notions d’introduction dans la définition du problème, la recherche de solutions et le travail en équipe, le


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projet de première année sera axé vers la conception mécanique d’un composant à partir d’une analyse fonctionnelle. Ce projet intégrera les cours de la première année en matériaux, statique, modélisation solide et résistance des matériaux. Dans le projet de la deuxième année, c’est le volet des procédés d’élaboration primaire des matériaux qui sera couvert. L’obtention d’un matériau aux propriétés désirées passe nécessairement par les procédés d’élaboration par lesquels on peut contrôler principalement la composition chimique et la microstructure qui conditionnent de façon importante les propriétés. Ainsi, les étudiants seront amenés à concevoir un procédé d’élaboration (de métaux, d’alliages, de polymères) en spécifiant les paramètres opératoires des procédés (température, pression, atmosphère,...). Les notions des cours de caractérisation physico-chimique, de cristallographie, de thermodynamique, de procédés chimiques et de phénomènes électrochimiques devraient être intégrées à la définition des projets. Bien qu’il n’y ait pas de nouvelle matière dans ce projet de deuxième année, les étudiants seront quand même appelés à analyser certains procédés d’élaboration afin de cerner les paramètres qui permettent de contrôler la qualité du produit désiré. Ils seront amenés à réfléchir à un problème ouvert et de plus grande complexité que ceux vus en classe en études de cas. Il s’agit du volet de conception de procédés d’élaboration du programme de génie des matériaux. En troisième année, c’est le volet de l’utilisation des matériaux qui sera exploité. Les étudiants seront amenés à effectuer un choix de matériaux et des procédés de transformation secondaires appropriés pour combler les exigences fonctionnelles d’un composant pouvant être utilisé dans différents secteurs industriels (aéronautique, outillage, structures, biens de consommation,...). Une formation de base sur la méthodologie du choix des matériaux et des procédés sera présentée. Cette formation contient peu de nouvelle matière; c’est surtout l’approche rationnelle d’identification des indices de performances et de caractéristiques géométriques des produits à partir du cahier des charges qui sera enseignée. Par la suite, les étudiants seront dirigés vers la résolution d’un problème complexe faisant appel aux cours préalables en matériaux (métaux, polymères, céramiques), rhéologie et métallurgie physique, phénomènes d’échanges et bien sûr économique de l’ingénieur pour évaluer correctement l’impact du choix sur les coûts. Une partie du cours sera consacrée à la sensibilisation des étudiants au choix de matériaux dans un contexte de développement durable (impact environnemental). Finalement, en ce qui concerne le projet de quatrième année, les professeurs de génie des matériaux sont d’avis qu’il est nécessaire de conserver dans le programme une activité de projet et de réalisation individuelle, semblable à l’actuel projet de fin d’études. La nature du projet sera cependant différente. Nous envisageons de former un groupe de professeurs pour évaluer à l’origine la complexité du projet et la qualité de l’intégration de plusieurs cours du programme. Ce comité s’assurera que chaque projet offert aux étudiants contienne des éléments qu’un ingénieur de la pratique en génie des matériaux serait susceptible de rencontrer dans l’industrie. Comme pour les projets de fin d’études, la participation de représentants de l’industrie sera maintenue et encouragée. La conservation d’un projet en partenariat étroit avec l’industrie est aussi largement souhaitée par les étudiants eux-mêmes du fait que la collaboration avec des ingénieurs et techniciens de la pratique permette de bien intégrer les notions scientifiques et humaines acquises au baccalauréat. Par ailleurs, la plupart des étudiants désirent compléter un projet dans le domaine de leur orientation en génie des matériaux. Cette coloration au projet de quatrième année, combinée au nombre relativement faible d’étudiants inscrits en génie des matériaux, rend l’offre du projet de quatrième année tel que discutée très appropriée. Ceci n’exclut bien sûr en rien la possibilité pour les étudiants en génie des matériaux de joindre des équipes pluridisciplinaires formées dans d’autres programmes de génie (mécanique, chimique, physique) pour apporter une dimension intéressante reliée aux matériaux. Ceci sera le cas par exemple des étudiants qui choisiront


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l’orientation design et analyse conjointe avec génie mécanique. Le projet de 6 crédits en quatrième année est dans ce cas bien arrimé aux cours de l’orientation et à la formation de base. C’est dans ce cours projet de 6 crédits, étalé sur les deux dernières sessions du programme, que seront introduites les notions de gestion de projet (équivalent à 2 crédits) que l’étudiant sera invité à mettre en pratique dans son propre projet. Cette approche permet de présenter la matière au moment où les étudiants possèdent un bagage de formation approprié, tel que désiré par l’équipe de gestion de projet. Le projet de quatrième année permettra aussi à l’étudiant de maîtriser les formes de communication écrite et orale par la rédaction d’un rapport technique et d’une présentation devant un jury de professeurs et d’industriels. Cette forme de projet combinée aux autres projets du programme accomplis en équipes constituera un ensemble d’habiletés qui sont très recherchées chez nos finissants. 4.8 Stages Le programme actuel en génie des matériaux offre différents cheminements, selon le choix de la concentration : programme coop (un stage de 8 mois + un stage de 4 mois), programme avec un stage de 4 mois, obligatoire ou facultatif. Bien que l’offre du programme avec concentration soit jeune, on peut affirmer que presque tous les étudiants prennent au moins un stage et que la majorité de ceux qui sont inscrits dans un programme coop réussissent assez bien à se trouver des stages pertinents en génie des matériaux. L’offre d’un programme coop au niveau des étudiants de CÉGEP a certainement un pouvoir attractif vers l’École Polytechnique; l’augmentation sensible du nombre de nouveaux étudiants provenant du CÉGEP en est en partie le résultat. Lorsqu’ils sont inscrits à Polytechnique cependant, les étudiants tiennent un peu moins à la mention coop sur leur diplôme. Ils considèrent que faire un stage, coop ou non, représente une expérience enrichissante en plus de combler une partie de leurs besoins financiers. Le projet de formation rencontre bien les attentes des étudiants en proposant un stage obligatoire de 4 mois durant le baccalauréat. Ce stage de 3 crédits est inséré dans la grille à la session d’été entre les sessions d’hiver 6 et d’automne 7. En réalité, les étudiants pourront prendre leur stage dès l’automne 5 puisque la structure des cours est telle qu’il n’y ait pas de préalable empêchant la permutation des sessions d’hiver et d’automne, permutation qui surviendra nécessairement car les cours du programme se donnent une fois l’an. On devra cependant préciser aux étudiants (par une note dans l’annuaire) qu’il leur sera nécessaire de prendre un cours d’été au préalable s’ils veulent cumuler les 60 crédits nécessaires à la reconnaissance par l’OIQ de leur stage en équivalence à l’expérience en génie qui peut leur être créditée. La conséquence d’un stage en automne ou en hiver ne sera donc que d’ajouter une session au parcours normal au baccalauréat. Le désavantage relié à cette légère augmentation de la durée des études est compensé par l’expérience humaine et technique acquise durant les stages industriels. La structure d’un programme avec un seul stage obligatoire pourrait fonctionner comme c’est le cas actuellement avec un professeur coordonnateur et un responsable de stage du service de placement. Nous suggérons que les étudiants qui ont atteint le nombre suffisant de crédits préalables et qui n’ont pas encore eu de stage soient favorisés dans leur attribution, toujours bien sûr en accord avec les employeurs industriels. Lorsque les cas se présenteront, les stages de huit mois en remplacement des stages obligatoires de quatre mois devraient être acceptés.


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4.9 Mécanismes d’évaluation continue du programme Le mode d’évaluation des cours par les étudiants utilisé depuis quelques années est approprié pour guider le professeur dans sa méthode d’enseignement et dans sa prestation générale. Cependant, il sera nécessaire de songer à un mécanisme pour évaluer l’efficacité de l’intégration des cours. En effet, trois bons cours pris individuellement peuvent être mal intégrés dans un projet par exemple. Ainsi, nous croyons que l’École Polytechnique, avec l’aide du service pédagogique, devrait développer un questionnaire qui serait soumis aux étudiants à la suite d’une activité d’intégration (projet, laboratoire, autre). L’équipe de professeurs impliqués dans un regroupement de cours intégrés pourrait utiliser de façon constructive les résultats d’une telle évaluation. Le suivi de la qualité du programme « en temps réel » sera assuré par un comité de liaison regroupant des professeurs et des étudiants du comité de génie des matériaux. Les expériences passées nous ont montré que cette structure légère est bien adaptée pour la résolution rapide de problèmes mineurs (conflits d’horaire et de contrôles, méthodes pédagogiques, besoins en ressources humaines et techniques, activités extrascolaires, etc.). En empruntant une telle approche de communication directe, il est possible de responsabiliser les étudiants sur les moyens à prendre pour assurer la qualité de leur formation. 4.10 Modalités pour le passage aux études supérieures Pour les étudiants qui possèdent un bon dossier académique (moyenne > 3) et qui désirent poursuivre dans un programme de deuxième cycle en maîtrise recherche, il est possible de faire une économie de 15 crédits de cours en optant pour le programme bac-maîtrise. Plusieurs étudiants en génie des matériaux se sont prévalus de cette option au cours des dernières années. Le nouveau projet de formation en génie des matériaux permettra de passer plus facilement au programme bac-maîtrise en appliquant les modalités suivantes :

• Finition des cours du programme de premier cycle (excluant l’orientation) donnant un total de 108 crédits dont 3 crédits pouvant être transférés à la maîtrise;

• Retrait des 12 crédits d’orientation au cours de la quatrième année; • Ajout de 12 crédits dont au moins 10 de niveau supérieur.

Il sera ainsi possible d’entreprendre le programme bac-maîtrise sans faire aucun compromis sur la formation de base en génie des matériaux. Comme un élément important de cette formation est relié à l’intégration des connaissances à travers le projet de quatrième année, ce projet sera maintenu même dans le cas d’un programme bac-maîtrise.

Documents

Programme de génie des matériaux pourpouintranet.polymtl.ca/projform/documents/projedu_materiau.pdf · Projet de formation Génie des matériaux Décembre 2004 2 Table des matières