# Un challenge pour des élèves ingénieurs dans le contexte de l'industrie du futur

Pascal Vrignat¹, Estelle Courtial²

pascal.vrignat@univ-orleans.fr

¹ Univ. Orléans, PRISME, EA 4229, F45072, Orléans, France

IUT de l'Indre, Département GEII, 2 Avenue François Mitterrand 36000 CHATEAUROUX

² Univ. Orléans, PRISME, EA 4229, F45072, Polytech Orleans, 8 Rue Léonard de Vinci, 45100 ORLEANS

**RESUME** : Parmi les nombreuses stratégies pédagogiques permettant d'améliorer la motivation, le savoir-faire et le savoir-être des élèves, la pédagogie par projet est souvent citée comme exemple. Pour renforcer l'esprit d'équipe et maintenir la motivation tout au long du projet, rien de tel qu'un challenge entre équipes pour créer de l'émulation. C'est dans ce contexte qu'un challenge intitulé « *De nouveaux procédés numériques au service de l'usine du futur* » a été mis en place pour des élèves ingénieurs en apprentissage de Polytech Orléans. Deux équipes tirées au sort et constituées d'élèves en 5ème année de la spécialité « Management de la production » ont participé à ce challenge. Les objectifs scientifiques du challenge étaient nombreux et répondaient à certains besoins et services liés aux enjeux de l'industrie digitale ou industrie 4.0. Cet article détaille la stratégie pédagogique adoptée, le cahier des charges technique ainsi que l'organisation générale du projet. Les résultats obtenus tant du point de vue technique que pédagogique ont montré les bénéfices de ce challenge pour les étudiants et ont permis d'affiner notre stratégie pédagogique par le retour sur expérience.

**Mots clés** : industrie du futur, réseau Edunet, Skkynet, Phoenix Contact, pédagogie par projet, challenge digital, internet des objets.

## 1 INTRODUCTION

Parmi les nombreuses stratégies pédagogiques permettant d'améliorer la motivation, le savoir-être et le savoir-faire des élèves (jeux sérieux, classes inversées, pédagogies inclusives... [12]), la pédagogie par projet (PPP) est souvent citée comme exemple depuis plusieurs décennies [1]. Largement utilisée dans l'enseignement professionnel, elle est de plus en plus adoptée dans l'enseignement supérieur [9], [10]. Cette pédagogie repose sur plusieurs piliers fondateurs :

* ✓ Les compétences des élèves sont suffisamment développées pour mener des travaux où la réponse n'est pas connue forcément à l'avance par l'enseignant (existence de plusieurs solutions et pas d'une unique solution donnée par l'enseignant).

* ✓ Les élèves sont capables de mener à bien des projets de longue durée dans des contextes où ils sont plus autonomes.

* ✓ La professionnalisation de l'enseignement supérieur doit privilégier des collaborations avec des industriels.

Une des caractéristiques essentielles des projets ou des challenges est leur durée, relativement longue, dans tous les cas, plus longue que les activités pédagogiques habituelles. Cependant, la durée d'un projet est clairement bornée par une fin annoncée au préalable. Entre le début et la fin du projet, se déploie un processus d'apprentissage que Midler [5] décrit comme « *une dynamique irréversible où l'on passe d'une situation où l'on ne sait rien ou pas grand-chose mais où tout est possible, à une autre où, au contraire, le niveau de connaissances a atteint son maximum mais où toutes les marges de manœuvre ont été utilisées* ». La fig. 1 est une illustration possible de cette situation.

Cette durée « finie » impose une cohérence dans l'action et dans la réflexion, avec une gestion

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>fig. 1 : Représentation de la dynamique de « projet » [5]</figcaption></figure>

organisationnelle du groupe ou des groupes de travail. Il faut alors être vigilant et anticiper certaines actions pour éviter les possibles dérives concernant la PPP (fig. 2).

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>fig. 2 : les dérives possibles de la pédagogie par projet</figcaption></figure>

En tant qu'enseignants, nous avons pu remarquer qu'il y a peu d'engouement de la part des apprenants sur un sujet, si le sujet n'est pas à la fois, motivant, attractif, relevant de l'actualité, ludique et démonstratif. Le
Considérons l'exemple du processus industriel décrit fig. 3. Les étudiants peuvent choisir de suivre le TRS et la température s'ils pensent que cette dernière grandeur a un rôle majeur dans la qualité du produit fini.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>fig.3 : Une ligne de peinture automatisée simplifiée</figcaption></figure>

## 2.2 Les collaborations industrielles

L'automate industriel utilisé est un API du constructeur Phoenix Contact (ILC 151 GSM/GPRS). La plateforme permet de traiter à la demande les informations souhaitées par les différents clients (fig. 4). Des plateformes logicielles ont été mises en place. Il s'agit de : AutomationWorx 2018, Cogent DataHub V9, et une suite bureautique (Office ou autre (> 2010)). Les solutions matérielles doivent s'insérer bien évidement dans un contexte où les communications numériques sans-fil émanent leur influence [2].

Avec l'aide du réseau universitaire international EduNet, Phoenix Contact encourage l'échange et la collaboration entre diverses universités œuvrant avec le tissu professionnel dans le domaine de l'automatisation

des processus ainsi qu'en Recherche et Développement [8]. A ce jour, ce réseau international de contacts et de compétences regroupe 110 établissements (lycées et Universités), localisés dans 30 pays. Les structures de formations partenaires conçoivent leurs enseignements grâce au matériel Phoenix Contact offert par cette convention. En échange, elles doivent laisser à disposition de la communauté inscrite sur la plateforme Internet EduNet, leurs supports pédagogiques et expériences. Des laboratoires « Phoenix Contact » sont initiés au sein d'Universités de manière collaborative facilitant ainsi l'entrée des élèves dans le monde professionnel.

En juillet 2017, l'Université d'Orléans avec l'IUT de l'Indre signaient la première convention pour la France avec ce réseau. Cette collaboration étroite depuis cette date nous a permis d'intégrer de nouvelles technologies pour le challenge avec des tarifs négociés d'achats de matériels et de logiciels. Une plateforme logicielle (PC Worx, fig. 5) mise à disposition permet de configurer, de programmer et de diagnostiquer l'API.

La deuxième collaboration nous a permis d'intégrer un éditeur international de logiciels : Skkynet [3]. Nous travaillons depuis 3 ans avec cet éditeur de logiciels qui commercialise un environnement nommé Cogent DataHub. Cogent DataHub (fig. 6) est un outil unique qui permet de connecter, de concentrer, d'intégrer et de redistribuer des données en temps réel entre différents dispositifs (API, tablettes, smartphones, ...) et utilisateurs (applications de supervision, base de données, ...). L'éditeur a accepté de nous fournir les licences nécessaires pour le challenge afin que les élèves puissent utiliser cette plateforme sur leur ordinateur personnel ou les ordinateurs de l'école.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>fig. 4 : Architecture matérielle et logicielle du challenge</figcaption></figure>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>fig. 5 : Plateforme de développement PC Worx</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>fig. 6 : Cogent DataHub produit par Skkynet</figcaption></figure>

## 3 LA DEMARCHE PEDAGOGIQUE DE TRAVAIL ADOPTEE POUR LE CHALLENGE

Depuis quelques années, nous constatons tous à l'Université que les modalités et stratégies pédagogiques doivent évoluer compte tenu des nouveaux aprenants. L'enseignement du module de « Supervision » était jusqu'à présent dispensé sous forme de cours magistraux et travaux dirigés (11h75 CM et 11h75 TD). Nous avons décidé d'adopter cette année une stratégie d'enseignement par projet, validant ainsi des compétences et des niveaux importants d'implications individuelles et collectives. Les heures ont été redistribuées de la façon suivante : 7h30 (2 séances de 3h45) ont été consacrées en amont pour apporter les éléments théoriques, 12h sur 1,5 jour ont été dédiées au développement d'une solution, et enfin 2h30 pour la présentation des résultats et la restitution du travail. A cela, il faut ajouter 15h00 de PEA (Période d'Enseignement en Autonomie) fléchées dans les emplois du temps des élèves. Toutes les ressources nécessaires étaient disponibles sur l'environnement numérique de l'Université d'Orléans (CELENE) : documents techniques, exemples de programmes pour débuter, vidéo de présentation du challenge... Pour exemple, la fig. 7 permet d'accéder à une ressource importante nommée « La Cagnotte de Pascal ».

Pour l'organisation du challenge, une première étape a été de constituer les deux équipes. Nous avions testé, dans d'autres modules de la formation, des équipes constituées par affinités ou des équipes créées en fonction des compétences des différentes personnes. Fort de cette expérience, nous avons opté pour un tirage au sort

des étudiants (pas d'affinité préalable). Deux groupes de neuf étudiants ont été désignés et ont concouru au même moment, sur une période bornée et encadrée (fig. 9). La répartition des différentes tâches à mener à bien dans le challenge était sous la responsabilité d'un/e chef d'équipe. Toutes les ressources matérielles mises à disposition étaient identiques aux deux groupes. Chaque élève disposait de l'ensemble des logiciels nécessaires sur son ordinateur personnel. Il pouvait donc travailler à son rythme.

A l'issue du challenge, chaque groupe devait présenter son travail en anglais sous une modalité « Mon projet en 180 secondes », et à partir d'une vidéo ludique illustrant les résultats techniques du challenge.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>fig. 7 : Un démonstrateur ludique pour débuter le challenge (https://www.youtube.com/watch?v=3dnSCP0a_ZM)</figcaption></figure>

D'un point de vue pédagogique, nous avons associé une pédagogie par projet et une pédagogie dite « active ». Cette dernière permet de valider la capacité de restitutions/transmissions des informations, du chef d'équipe vers les autres participants du groupe (fig. 8, a) et de certains élèves vers d'autres élèves (fig. 8, b).

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>fig. 8 : Principe de la classe inversée</figcaption></figure>

Compte tenu des nombreuses tâches à traiter, cette stratégie a permis également de ne pas mobiliser toutes les ressources humaines au même moment avec l'enseignant. Les apports de connaissances spécifiques sur les différents environnements logiciels ont été difusés uniquement aux chefs d'équipe (fig. 8, a). Les chefs d'équipe devaient ensuite restituer, en fonction des besoins, les connaissances qu'ils avaient acquises préalablement (fig.8, b). Etalés sur plusieurs semaines, les apports de connaissances et de compétences ont permis une diffusion lente individuelle et collective (fig. 9).
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>fig. 9 : Organisation temporelle du challenge</figcaption></figure>

## 4 LES RESULTATS

La répartition des différentes tâches a été actée à l'initiative du chef d'équipe de chaque groupe. Il est à souligner que l'ensemble des élèves ne disposait d'aucune compétence préalable vis-à-vis des différents outils logiciels et matériels. Même si les stratégies de gestion de projet (management des Hommes) ont été différentes, les deux groupes ont mené à bien les nombreux défis technologiques à relever. Un groupe a fixé des objectifs finaux par tâches ce qui a permis une plus grande autonomie des participants. L'autre groupe a établi des jalons temporels pour que l'avancement des tâches soit synchronisé. Ce choix a permis une plus grande entraide entre les participants du groupe. La vidéo (fig. 10) présente un scénario et les résultats obtenus par l'équipe n°1. On pourra souligner certaines imperfections dans le film. Les exigences demandées aux étudiants n'étaient pas d'obtenir un film aussi abouti que pourrait réaliser un professionnel cinéaste (12 jours entre la période de développement et celle de restitution).

(https://www.youtube.com/watch?v=nrqTaGCqYNI&feature=youtu.be).

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>fig. 10 : Des résultats significatifs obtenus par l'équipe n°1</figcaption></figure>

Le debriefing général mené le 20 janvier 2020 auprès des deux chefs d'équipe est retranscrit dans les deux interviews ci-contre (fig. 11). Ces interviews reflètent les inquiétudes préalables et les satisfactions obtenues pendant et à l'issue du challenge. Les résultats techniques obtenus par les 2 équipes étaient proches.

https://www.youtube.com/watch?v=520fBYu7aZQ&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=IWS_X49fdZI&feature=youtu.be

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>fig. 11 : Les interviews des deux chefs d'équipe</figcaption></figure>

## 5 BILAN DES STRATEGIES PEDAGOGIQUES

Ce projet a permis de conforter notre engagement dans la nécessité de transformer nos stratégies d'enseignements et de transmission de compétences. A la fin de chaque demi-journée de travail, un quizz avec l'environnement Kahoot<fnref n="4" /> était proposé à l'ensemble des élèves afin de mesurer leur niveau de motivation, d'implication, de coordination, de compétences.

Les résultats des différents sondages sont présentés fig. 12. Nous pouvons constater une motivation forte des équipes au début du challenge. Ce degré était à 3.18 au début et termine à 3.6 (4 étant la note maximum). Nous avons noté une baisse à mi-parcours sur ce critère compte tenu des verrous technologiques qui devaient être ouverts. Les élèves ont largement augmenté leurs connaissances et compétences tout au long du challenge : d'un niveau 2 au début du challenge, ils atteignent un niveau 4 à la fin. Également interrogés sur

<footnote n="4">⁴ https://kahoot.com/. Kahoot est un système de quizz en ligne simple à utiliser et stimulant pour les participants.</footnote>
leur niveau individuel de connaissances préalables, les résultats présentés sont significatifs. Nous montrons également que le degré de capacité d'action sur le challenge a été très important au début pour décliner au fur et à mesure de l'état d'avancement du travail.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>fig. 12 : Résultats obtenus pour le challenge</figcaption></figure>

Un mot de M. Louis PARENT (Responsable Commercial et Marketing Automation / Phoenix Contact - France) : «A travers le Réseau Universitaire International EduNet, nous encourageons l'échange et la collaboration entre diverses universités par la mise en place de projets communs de recherche et de formation. Nous favorisons l'enseignement des dernières avancées technologiques par des conférences spécialisées sur des thèmes d'actualité dans le domaine de la technique d'automatisation (PLCnext Technology). Nous mettons en place des laboratoires d'automatisation, avec des programmes orientés sur la pratique. Enfin, les enseignants développent des documents d'apprentissage communs qu'ils échangent entre partenaires universitaires, ce qui facilite l'entrée des étudiants dans le monde du travail. C'est par cet engagement, en France et à travers le monde, que Phoenix Contact contribue à l'amélioration des pratiques et des besoins». Un mot de M. Paul THOMAS, Président de Skkynet : «Skkynet est heureux de constater l'usage des différentes possibilités proposées par Cogent DataHub. Nous sommes toujours prêts à contribuer à former les étudiants sur le thème de l'industrie du futur».

# 6 CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Ce challenge très diversifié sur le plan technologique a permis aux élèves d'acquérir de nouvelles compétences indispensables pour le développement de l'industrie du futur. Les deux équipes ont travaillé avec professionnalisme pour aboutir à des résultats significatifs. Ils ont dû ouvrir de nombreux verrous techniques et notamment digitaux en utilisant les produits commercialisés par les deux partenaires industriels. La pédagogie par projet et la liberté d'organisation au sein de chaque équipe ont permis de conforter leurs compétences en management de projet et management humain (automatie, communication, entraide). Une valorisation de ce travail va être également menée par les deux partenaires industriels par le biais de publications internes et externes.

Le réseau Edunet sera également enrichi par notre contribution.

# Bibliographie

[1] P. C. BLUMENFELD, E. SOLOWAY, R. W. MARX, J. S. KRAJCIK, M. GUZDIAL and A. PALINCSAR, Motivating project-based learning: Sustaining the doing, supporting the learning, Educational psychologist, 26 (1991), pp. 369-398.

[2] COMMUNICATION RADIO, Le sans-fil étend son influence, Mesures 843, 843 (2012), pp. 22-26.

[3] HTTPS://SKKYNET.COM/.

[4] L. CHAMPANEY, Pas d'industrie du Futur sans coopération entre industriels et enseignement supérieur, La Tribune (2017).

[5] C. MIDLER, L'auto qui n'existait pas, Management des projets et transformation de (1993).

[6] O. LLUANSI and A. GALLONI, Croire en l'Industrie du futur et au futur de l'industrie, Ernst & Young Advisory (2017), pp. 1-45.

[7] P. DARMAYAN, Révolution humaine ? Un nouveau rôle pour les hommes et les femmes de l'industrie du futur, Livre blanc de l'Agora Industrie (2018), pp. 1-56.

[8] PHOENIX CONTACT, Update 2|17, Le magazine client de Phoenix Contact (2017), pp. 1-28.

[9] J. PROULX, L'apprentissage par projet, PUQ, 2004.

[10] C. REVERDY, Des projets pour mieux apprendre?, Institut Française de l'Education, 82 (2013), pp. 1-24.

[11] B. RIERA, F. GELLOT, O. DUBOIS, J. CHEMLA and S. TRIKI, L'utilisation pédagogique et l'enseignement des TIC dans les automatismes, J3eA, 4 (2005), pp. 013.

[12] F. VANDERHAEGEN, C. MAAOUI, M. SALLAK and D. BERDJAG, Défis de l'automatisation des systèmes sociotechniques, ISTE Group, 2019.

[13] P. VRIGNAT, M. AVILA, F. DUCULTY, S. BEGOT and J. F. MILLET, Utilisation d'une architecture logicielle dans le cadre d'une mise en place d'une solution multi-clients via un serveur OPC, Gesi n°77, Revue des Départements : Génie Electrique et Informatique Industrielle en IUT, 2012.

[14] P. VRIGNAT, J.-F. MILLET, F. DUCULTY, S. BEGOT and M. AVILA, Développement et utilisation d'applications complémentaires dans une approche SCADA: retour sur expérience avec des étudiants Bac+ 2 et Bac+ 5, CETSIS, Colloque sur l'Enseignement des Technologies et des Sciences de l'Information et des Systèmes, 11ème Edition, Besançon, France, (2014), pp. 76-81.