Charpentier: Statique

Le contexte 

Ce projet s’est construit sur le succès préliminaire de l’intégration d’outils technologiques dans les classes d’apprentis charpentiers. La vidéo ci-dessous montre un exemple d’activité utilisant une technologie basée sur une caméra, qui peut être utilisée en classe pour aider la compréhension du comportement d’une structure mise en présence de forces telles que le vent ou la neige.

En Suisse, l’apprentissage de charpentier dure 4 ans et l’apprenti passe une journée par semaine à l’école et 4 journées en entreprise. Les maitres charpentiers doivent être capables de concevoir et d’assurer la solidité de la structure des toits des bâtiments d’habitation et de comprendre la physique du bâtiment de manière intuitive. Transmettre cette dernière compétence aux apprentis est impérative pour leur sécurité dans le processus de construction ainsi que pour la stabilité de leur construction, surtout pour ceux qui à la fin de leur apprentissage travailleront de manière indépendante.  Bien que les charpentiers ne soient pas des ingénieurs en structures, ils doivent être capables, comme indiqué dans leur curriculum nouvellement réformé, de comprendre, expliquer, décrire, illustrer et montrer les phénomènes physiques appliqués à la structure. Cependant, transmettre cette intuitivité aux apprentis est difficile. D’une part, ces derniers ne peuvent pas tester les concepts de la physique du bâtiment sur leur lieu de travail. D’autre part, l’école n’a ni le temps d’enseigner la statique ni les moyens d’expliquer les structures complexes développées par l’employeur avec des notions de bases telles que la compression et la tension du matériau. 

 

La partie tangible

Le système est une interface utilisateur tangible (TUI – tangible user interface) avec une interface tangible et une interface virtuelle qui communique entre elles grâce à une interface papier. L’interface tangible offre à l’apprenti une possibilité simple et familière d’assembler des tiges et ainsi de construire et d’évoluer dans une structure en 3D.

Figure 1. le kit de construction

Chaque structure est faite avec des tiges en plastique connectées entre elles par des connecteurs en plastique. Les différents connecteurs permettent la construction de structure en 3D avec des angles d’un multiple de 45 partants dans les 3 directions. Pour appliquer une force, des poids ou un dynamomètre peuvent être utilisés. L’ensemble de la structure est vissée sur une planche en bois afin d’avoir une base stable.  Pour visualiser la force appliquée et recevoir un feedback immédiat, une tige équipée d’un ressort et d’une règle, comme illustrée ci-dessous, est utilisée  à la place d’une tige en plastique simple. 

 

Figure 2. une tige équipée d’un ressort remplace une tige simple lorsqu’il faut mesurer la compression

 

La feuille de travail des étudiants

L’interface papier et un outil qui peut être détecté par le système et qui est beaucoup utilisé en classe. L’activité montrée dans la vidéo ci-dessus comporte une phase exploratoire de construction et de tests de tension, un exercice théorique qui favorise la réflexion sur cette expérience et fait le lien avec des concepts abstraits ainsi qu’un deuxième défi qui pousse à l’utilisation de ces concepts.

 

La partie virtuelle

Figure 3. Un étudiant demande la validation de  sa structure pour commencer les tests de tension.

L’interface virtuelle permet à l’enseignant de construire des activités autour de structures et de concepts spécifiques. Le système est basé sur le principe qu’une structure avec une certaine disposition de tiges correspond à une image d’une structure avec une construction similaire lorsque qu’elle est regardée d’un même point de vue. Lorsque l’étudiant désire valider sa réponse, il pose un marqueur de Réalité Augmentée devant la caméra. De cette manière, il n’a pas besoin d’interrompre sa réflexion afin de communiquer avec le système.

Un marqueur RA est un élément distinctif et une fois que le système détecte sa présence puis son absence pendant 3 secondes, il prend une photo de la structure. Le système traite chaque image en supprimant le fond et en comparant la typologie de l’image actuelle avec l’image de référence. Finalement, l’activité éducative peut être utilisée à grand échelle puisqu’elle nécessite qu’une caméra et aucun matériel spécifique.