Les entreprises du monde entier ont pu apprécier la puissance qu'apporte la modélisation digitale en 3D pour favoriser les découvertes, améliorer la qualité, simplifier la conception et la fabrication, et faciliter la collaboration et le dialogue, quelles que soient la distance et la discipline. Aujourd'hui, avec l'avènement de l'Industrie du futur, des initiatives qui simulent et gèrent tous les aspects d'un site — de l'usine à la ville entière — en 3 dimensions scientifiquement précises via des liens vers l'Internet des objets (IoT), la connaissance de cette technologie devient essentielle à la réussite en milieu de travail et en laboratoire de recherche.
Le besoin croissant de travailleurs et de chercheurs formés à la 3D commence à encourager le déploiement de projets pilotes visant à démontrer comment la 3D peut être appliquée à l'éducation et à la recherche. Les étudiants ont ainsi l'occasion de constater qu'avec la 3D, même les cours les plus techniques peuvent être divertissants. De plus, elle dote les chercheurs de nouveaux outils puissants qui leur permettent de trouver plus vite des solutions aux défis mondiaux.
« Les technologies 3D jouent un rôle aussi intéressant qu'important pour faire réintégrer la salle de classe aux jeunes qui ont abandonné l'apprentissage formel », explique Jean-François Thoorens, professeur de technologie aux Apprentis d'Auteuil, une fondation qui offre des programmes d'éducation, de formation et d'aide à l'insertion aux jeunes défavorisés en France.
Les élèves de première de Jean-François Thoorens conçoivent et construisent une voiture miniature qui sera engagée en course contre celles développées par des élèves d'autres écoles.
« Les élèves participeront à toutes les phases du projet. Il ne s'agit pas seulement de concevoir une maquette digitale 3D d'une voiture, mais de la fabriquer. » Par ailleurs, les élèves créeront des supports marketing, un stand pour présenter leur voiture le jour de la course et feront une présentation orale de leurs travaux devant le jury de la compétition.
L'exercice d'apprentissage axé sur un projet permet aux élèves « de découvrir la façon dont les différentes disciplines collaborent pour partager des idées et des opinions sur les choix et techniques de conception... C'est-à-dire toutes les activités qui doivent être effectuées en situation réelle et que les élèves devront maîtriser à leur entrée sur le marché du travail », détaille Jean-François Thoorens.
L'utilisation d'outils de conception 3D contribue à l'enthousiasme des élèves pour leur travail, ce qui augmente leurs chances de succès.
« J'aime vraiment utiliser le logiciel de conception 3D pour créer la voiture », raconte Alassane Gueye, un élève de Jean-François Thoorens. « C'est amusant de travailler ensemble, de partager des idées avec le groupe et de voir notre conception prendre forme en 3D. Ce genre de projet est très motivant et il m'ouvre de nouvelles perspectives pour m'orienter après le bac. »
« Apprendre à collaborer pour atteindre un but commun est un aspect important du projet », confie Alexandre Petit, un autre élève de Jean-François Thoorens. « Maintenant, je sais que c'est ce que je veux faire plus tard. Ce projet m'a permis de comprendre le métier d'ingénieur, mais surtout la façon de travailler en équipe. »
CONSTRUIRE, ÉVALUER ET APPRENDRE
Base 11 est une organisation basée en Californie dont le but est d'encourager les étudiants à choisir une carrière dans les secteurs de la science, la technologie, l'ingénierie et les mathématiques (STEM) ou à devenir entrepreneurs et créer leur propre entreprise. Alors que beaucoup de secteurs de l'économie américaine sont confrontés à une grave pénurie de travailleurs formés en science, technologie, ingénierie et mathématiques, Base 11 se focalise sur la création d'opportunités pour les étudiants à faibles ressources pour qu'ils réalisent leur plein potentiel et trouvent des débouchés bien rémunérés grâce à une formation dans ces domaines.
« La mission de Base 11 est de combler le manque en matière de talents dans les STEM, alimenté par la sous-représentation des femmes et des minorités, et de les transformer en main-d'œuvre qualifiée dont l'industrie et notre pays ont désespérément besoin », explique Landon Taylor, président de Base 11. « Notre objectif est de produire 11 000 diplômés en STEM d'ici l'année 2020.
Les solutions 3D aident les étudiants à progresser dans leur apprentissage dans le domaine des STEM et à se préparer à leur future carrière. La 3D est efficace, car elle permet vraiment aux étudiants de collaborer et d'assimiler ce que nous leur enseignons, c'est-à-dire construire, évaluer et apprendre. Quand vous travaillez dans un environnement virtuel, vous avez la possibilité de tâtonner. En général, les étudiants à faibles ressources n'ont pas cette possibilité. S'ils cassent quelque chose, ils ne peuvent pas faire d'autres essais. Alors ils prennent du retard. En travaillant dans un environnement virtuel 3D, ils peuvent itérer, apprendre, évaluer et croître. On encourage ainsi leur motivation, leur confiance en eux et, par conséquent, leur niveau de compétences. »
Base 11 a noué un partenariat avec l'école d'ingénieur Samueli de l'Université de Californie à Irvine qui permet aux étudiants d'ingénierie doués mais à faibles revenus d'étudier à l'UCI.
« Ce partenariat leur donne l'occasion d'acquérir une expérience pratique en ingénierie, en conception et en résolution des problèmes », indique Sharnnia Artis, vice-doyenne, Accès et intégration, à l'école Samueli. « Lorsqu'ils arrivent, beaucoup de nos étudiants n'ont aucune idée des types de technologies 3D actuelles. Et donc, quand nous mettons à leur disposition des technologies et des outils qui sont utilisés dans l'industrie, ils sont enthousiastes et motivés pour apprendre. »
L'UCI et Base 11 ont créé ensemble un laboratoire d'apprentissage autonome de l'ingénierie système afin de dispenser aux étudiants un apprentissage pratique axé sur des projets.
« Grâce à ce laboratoire, les étudiants ont la possibilité de transformer une idée en produit », explique Sharnnia Artis. « Pendant la phase de création, ils peuvent conceptualiser leur idée en 3D, puis la convertir en un format imprimable en 3D et utiliser notre technologie laser pour donner vie au concept. Lorsqu'ils obtiennent leur diplôme, ils savent déjà manier les outils utilisés dans l'industrie. Ils sont donc opérationnels dès leur entrée sur le marché du travail. »
Gregory Washington est doyen de la promotion Stacey Nicholas de la faculté d'ingénierie de l'École Samueli de l'UCI.
« Le premier groupe d'étudiants qui a participé au programme l'année dernière a été ébloui », confie-t-il. « Ils ont appris à se servir de la CAO 3D et à appliquer des principes de conception et d'ingénierie pour construire un drone autonome. Tout au long du processus, ils ont acquis les principes de l'aérodynamique, de l'informatique et les bases de l'électronique, et carrément construit ces machines de A à Z. Il est très gratifiant de voir arriver des jeunes gens quelque peu passifs, craintifs, puis de les voir nous quitter avec la conviction que tout est possible. Sans outils 3D, vous ne pouvez pas obtenir les résultats et les qualités que nous voulons voir chez nos futurs ingénieurs. »
CIBLER LES TRAITEMENTS MÉDICAUX
De l'autre côté de l'Atlantique, les chercheurs de l'Université de Sheffield au Royaume-Uni utilisent des technologies 3D pour innover dans la recherche médicale en prédisant les résultats des procédures cliniques grâce à la modélisation et à la simulation 3D.
« La modélisation informatique et la réalité virtuelle s'intègrent dans de nombreux aspects de l'ingénierie, la médecine, la biologie et la technologie », explique Alberto Marzo, professeur de biomécanique computationnelle. « Les modèles 3D virtuels permettent de créer des passerelles entre le monde de l'ingénierie et le monde de la médecine, car ils apportent une contextualisation des données du modèle qui permet d'améliorer la diffusion de ces données à un public de non-ingénieurs. »
Parmi d'autres projets, Alberto Marzo et son équipe étudient le traitement d'une maladie vasculaire cérébrale connue sous le nom d'anévrisme intracrânien :
« Ce sont des dilatations anormales d'une artère qui peuvent avoir des conséquences désastreuses si elle se rompt, provoquant alors des saignements dans le cerveau qui peuvent entraîner la mort. Nos élèves utilisent la réalité virtuelle 3D pour comprendre l'anatomie du patient à travers le développement d'une procédure clinique de calcul qui lui est spécifique, et prévoir les effets d'un traitement avant de l'administrer réellement. »
L'Institut Insigneo de médecine in silico, un projet de collaboration entre l'Université de Sheffield et Sheffield Teaching Hospitals NHS Foundation Trust, utilise de nouvelles technologies 3D pour concevoir un appareil médical ou traiter une maladie.
« Notre objectif est de former les futurs ingénieurs et chercheurs de demain pour qu'ils puissent utiliser concrètement les technologies dans un contexte clinique », explique Damien Lacroix, professeur de mécanobiologie à l'Université de Sheffield et directeur de recherche à l'institut Insigneo.
Selon Kyle Murdock, assistant de recherche chez Insigneo, la 3D est précieuse dans la recherche comme pour l'enseignement.
« Les univers 3D créent un espace collaboratif dans lequel nous pouvons analyser simultanément différents objets ou concepts, et ils nous fournissent davantage de détails dans notre approche pédagogique, car l'enseignement en réalité virtuelle permet d'approfondir les connaissances. Sans elle, nous ne pourrions pas discuter aussi facilement autour de concepts physiologiques complexes avec les médecins et les étudiants. »
« La 3D permet également aux cliniciens de prendre des décisions plus avisées qui débouchent sur de meilleurs résultats pour les patients », ajoute Alberto Marzo.
« Diagnostiquer, traiter ou surveiller la maladie à l'aide de modèles de simulation 3D dans un environnement de réalité virtuelle très évolué permet aux cliniciens de se fonder sur des principes d'ingénierie plutôt que sur des processus empiriques pour prendre des décisions plus éclairées sur le traitement le plus bénéfique pour chaque patient. Il y a là un grand potentiel de transformation du domaine de la santé. »
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