Nouvelle Topologie de Partage de Laboratoires Télé-Opérables via Internet Félix Pauné felix.paune@laposte.net Mbihi Jean mbihidr@yahoo.fr

Résumé

Dans cette communication scientifique, nous présentons une nouvelle topologie de partage de laboratoires de formation/recherche expérimentale à distance via Internet. La faisabilité des pôles de construction de cette topologie, s’appuie sur un prototype de laboratoire télé-opérables et autopilotés (sans instructeur, ni laborantin humain permanent), qui a été construit, installé et bien testé à l’ENSET de Douala. Puis, une nouvelle topologie d’organisation de pôles de laboratoires télé-opérables nommée campus multimédia sans frontière est aussi proposée. Elle servirait de méga-infrastructure de partage via Internet, de pôles de laboratoires télé-opérables localisés n’importe où dans l’immense monde du Web.

Mots-clés

Laboratoires télé-opérables, Formation/Recherche Expérimentale, pôles de laboratoire, partage via Internet, campus multimédia sans frontière

Introduction

La plupart des laboratoires de formation/recherche expérimentale rencontrés de nos jours, sont sujets de nombreux problèmes d’exploitation récidivistes, dont les plus importants sont :

1. Faible capacité d’accueil par séance de travaux pratiques face à une énorme population d’apprenants à former ;
2. Difficultés de gestion d’équipements spécialisés à partager entre les postes ;
3. Présence physique indispensable des opérateurs, des instructeurs ainsi que des laborantins sur le site d’expérimentation ;
4. Taux de défaillance très élevé des bancs d’essais à cause du réglage physique direct des équipements constitutifs ;
5. Manque du personnel qualifié et fiable, de gestion des opérations d’exploitation et de maintenance des équipements installés ;
6. Périodes non ouvrables dues aux jours fériés, aux congés, etc.
7. Perte de temps et risques d’accidents liés aux erreurs de réglage manuel direct d’instruments et d’équipements délicats ;
8. Economie de mobilité (voyage) des utilisateurs éloignés du site du laboratoire.

Ces problèmes épineux et bien d’autres ont jadis motivé le développement rapide d’EIAH (Environnements informatiques pour l’apprentissage humain), dont les topologies actuelles forment la classe de campus numériques. Beaucoup d’efforts ont déjà été déployés dans les pays en voie d’émergence sur la vulgarisation des technologies de campus numériques. Cependant, dans les secteurs de sciences appliquées et de l’ingénieur, le facteur d’impact de campus numériques classiques, est limité à l’apprentissage de connaissances en réalité virtuelle, au détriment de l’acquisition des compétences par interaction avec les bancs d’essais d’un laboratoire réel.  Face à ce constat épineux, le développement de topologies spécifiques de laboratoires réels télé-opérables via Internet, constitue de nos jours un sujet d’actualité très préoccupant (Gravier, C. et al, 2008 ; Lixiong L. et al. (6-11 Juin 2008), Guimaraes, E. G. et al., 2011 ; Arguedas M. C. et Concari, S.B., 2016 ; Chmielewski, T. et Zielińska, K., 2017). Cependant, les topologiques d’appoint les plus connues, offrent un site expérimental centralisé, et équipé de plusieurs processus réels télé-opérables (Kaluz, Garcıa-Zubia, J., 2015 ; Rodriguez-Gil, L. et al, 2017 ; Santana, I. et al. (2013). Cependant, à notre connaissance, il n’existe pas de modèles d’EIAH, fondés sur une topologie composite à base de laboratoires télé-opérables réels ou virtuels et de campus numériques.

Ainsi, le but de cette communication, est de présenter une nouvelle topologie composite d’EIAH, baptisée Campus multimédia sans frontière.  Cette nouvelle topologie est structurée en pôles géographiques coopératifs via Internet, de laboratoires télé-opérables, de laboratoires virtuels et de campus numériques. Une étude de cas de de ce type composant sera d’abord présentée à la section 2, suivie à la section 3 par la présentation de la nouvelle topologie de campus multimédia sans frontière, et d’une conclusion prévue dans la section 4.

Laboratoire télé-opérable via Internet et étude de cas

Les prototypes existants de laboratoires autopilotés (sans instructeur ni laborantin humain permanent) et télé-opérables via Internet, sont rencontrés dans une variété de domaines de spécialités : la physique, l’électronique, la mécatronique, la médecine, l’astronomie, la biochimie, l’hydraulique et l’automatique.  La topologie infrastructurelle d’un laboratoire télé-opérable via Internet, est constituée de 5 couches hiérarchisées suivantes, numérotées dans l’étude illustrée à la figure 1 :

• Laboratoire réel, équipé de bancs d’essais flexibles et d’interfaces matérielles ;
• Instrumentation matérielle ;
• Réseau local, équipé d’un PC serveur Web et contrôleur numérique de taches ;
• Réseau Internet ;
• Terminaux multimédias pour téléopérateurs Internet.

Figure 1 : Topologie infrastructurelle d’un laboratoire télé-opérable via Internet.

Le prototype de laboratoire télé-opérable considéré comme étude de cas est illustré dans la figure 1. Ce prototype a été conçu, construit, installé et testé dans un local dédié de l’amphithéâtre 300 de l’ENSET de Douala, dans le cadre de plusieurs travaux de recherche doctorale (Pauné, F., Mbihi, J., 2016 ; Pauné, F., Août 2016).

Figure 2 : Échantillon de résultats d’essais par un téléopérateur Internet localisé en France, du laboratoire réel d’automatique installé à l’ENSET de Douala.

Comme illustré à la figure 2, les palettes d’essais expérimentaux prévues sur un  panneau de contrôle virtuel, permettent à chaque téléopérateur Internet localisé n’importe où et à n’importe quel moment, d’expérimenter en temps minimum la majorité des concepts fondamentaux d’automatique industrielle qui sont :

• Réponse en boucle ouverte ;
• Modélisation expérimentale ;
• Régulation numérique ;
• Stabilité et précision ;
• Rapidité ;
• Changement de consigne ;

Campus multimédia mondial

La figure 3 présente la nouvelle topologie infrastructurelle de campus multimédia sans frontière. Les éléments constitutifs appelés pôles de laboratoires télé-opérables coopératifs, peuvent être gérés par des centres de coordination décentralisés.

Figure 3 : Topologie du Campus multimédia sans frontière

Ainsi, un composant de base d’un campus multimédia sans frontière ainsi proposé, est matérialisé par un pôle de laboratoires réels/virtuels télé-opérables, dédiés à l’enseignement ou la recherche dans domaine d’activité scientifique ou technique.  Les études plus détaillées de faisabilité et des protocoles de construction de la nouvelle topologie proposée, sont détaillés dans une thèse de Doctorat/PhD, soutenue à l’ENSET de l’université de Douala.

Conclusion

Nous avons présenté dans cette communication scientifique les éléments constitutifs et topologiques du Campus multimédia sans frontière. Il s’agit en fait d’une gigantesque infrastructure futuriste à facteur d’impact mondial, équipés de laboratoires réels et virtuels coopératifs, télé-opérables via Internet de n’importe quel lieu et à n’importe quel moment par toute population institutionnelle autorisée. Comme nous l’avons dit, la mise en œuvre dudit Campus multimédia sans frontière, contribuera à la démocratisation de la haute qualité de l’enseignement technique et professionnelle, dans les pays émergents et en voie d’émergence.

Bibliographie

Arguedas M. C., Concari, S. B. (24-26 February 2016), “Remote laboratories used in physics teaching : A state of the art”, 2016 13th International Conference on Remote Engineering and Virtual Instrumentation (REV), pp 376-361, UNED, Madrid, Spain.

Chmielewski, T., Zielińska, K. (2017), “Survey of remotely controlled laboratories for research and education”, Applied Computer Science, vol. 13, no. 1, pp 85-96.

Gravier, C. et al. (February 2008). “State of the art about remote laboratories : Paradigms, foundations of ongoing mutations”, International Journal of online engineering. Vol. 4 (1).

Guimaraes, E., G., Cardozo, E. D.  Moraes, H. and Coelho, P. R. (April-June 2011), “Design and implementation issues for modern remotes laboratories”. IEEE transactions on learning technologies, Vol. 4, No. 2, pp. 149-161.

Kaluz, Garcıa-Zubia, J., “A Flexible and Configurable Architecture (July-September 2015), for Automatic Control Remote Laboratories, IEEE transactions on learning technologies, vol. 8, no. 3, pp 299-910.

Lixiong L., Deng, J., Kang L.,  Minrui,  F. (July 6-11, 2008) , “A Novel E-Laboratory for Remote Monitoring and Control”, Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control Seoul, Korea,

Machotka, J., Zorica, N. (July 2009), “Collaboration in Remote Laboratory – vision for the future”, Proceedings of the 6th WSEAS International Conference on ENGINEERING EDUCATION (ISBN : 978-960-474-100-7), pp. 80-84.

Pauné, F. (August 2016), “Etude et prototypage d’un laboratoire d’automatique classique télé-opérable : Application à un système dynamique d’éclairage de lieux de travail”.  Thèse de Doctorat/PhD, 144 pages, © ENSET, Université de Douala.

Pauné, F. and Mbihi, J. (2016). “A novel web-based laboratory for remote control of power lighting processes”, WSEAS Trans. on advances on engineering Educ., vol. 13, pp.7-19.

Rodriguez-Gil, L., Garcia-Zubia, J., Orduna, P., Lopez-de-Ipina, D.  (July-Sept 2017), Towords new multiplatform hybrid online laboratory models, IEEE transactions on learning technologies, Issue no. 3, pp 318-330.

Santana, I., Ferre, M., Izaguirre, E., Aracil, R., Hernandez, L. (February 2013), Remote laboratory for education and research, IEEE transaction for education and research purposes in automatic control systems, Vol 9(1).