Équilibre d’un système électromécanique : du rapport à l’homothétie vers un nouveau paradigme dans la formation professionnelle des enseignants du technique au Gabon Basile Koumba Moussavou basilekm1@yahoo.fr Jean Sylvain Bekale Nze js_bekalenze@yahoo.fr

Équilibre d’un système électromécanique du rapport à l’homothétie vers un nouveau paradigme dans la formation professionnelle des enseignants du technique au Gabon

Résumé

La contribution portera sur la présentation de la modélisation d’un dispositif décrivant l’équilibre d’un système électromécanique, élément de contenu dans la formation des élèves-professeurs, notamment dans le cadre du cours d’asservissement à l’ENSET de Libreville. La description du cas s’appuiera sur les modèles mathématiques, dynamiques et graphiques du moteur électrique, actionneur le plus utilisé dans l’entraînement des systèmes mécaniques, thermiques, hydrauliques. Après avoir présenté l’industrie, le contexte local de formation, nous nous proposons de tracer une première ébauche sur la relation entre la performance de la modélisation et l’adéquation pédagogique, à travers un redimensionnement des volumes et des contenus inscrits dans la formation des futurs enseignants. Nous conclurons sur les avantages, les obstacles et les préalables à l’introduction d’une telle innovation.

Mots clés

Systèmes, modélisation, performance, adéquation  pédagogique

Aperçu du contexte socioprofessionnel et système de formation gabonais

L’industrie

Le tissu industriel en Afrique est dominé par l’exploitation des ressources naturelles.

En Afrique centrale, et particulièrement au Gabon, l’organisation industrielle repose essentiellement sur l’exploitation des matières premières (pétrole, gaz, manganèse, etc.), ainsi que sur l’exploitation et le traitement du bois.

À côté des grandes structures industrielles comme la COMILOG, TOTAL Gabon, CORAWOOD,… fourmillent les moyennes et petites structures. Celles-ci se trouvent dans des secteurs diversifiés (primaire, secondaire, tertiaire) dans le cadre formel ou informel et parfois au moyen de la sous-traitance.

Quel que soit le type d’industrie, le moteur électrique reste l’actionneur le plus utilisé dans l’entraînement des systèmes.

Penser les organisations professionnelles revient à penser la structuration d’une profession et donc inscrire cette profession dans une dynamique qui s’appuie sur l’existant – Ginestié, J. (2005).

Ainsi se pose le problème d’articulation entre formation, qualification et emploi pour penser la formation professionnelle, c’est-à-dire la structuration d’une profession, son évolution, son développement et qui trouve sa source dans le système de formation mis en place pour satisfaire les besoins exprimés par les entreprises en termes de main-d’œuvre.

L’enseignement

Comme dans la plupart des pays en Afrique francophone on retrouve des établissements aux structures pédagogiques inadaptées aux besoins des entreprises et, où faute de moyens, les jeunes reçoivent un enseignement trop théorique qui les prépare mal à s’insérer et à évoluer dans une économie protéiforme – Fourniol, J. (2004, p. 28).

Le système éducatif gabonais n’échappe pas à cette règle, il s’articule principalement autour de trois ordres d’enseignement : l’enseignement primaire, l’enseignement secondaire et l’enseignement  supérieur.

À côté de ces trois ordres d’enseignement, il y a la formation professionnelle.

• L’enseignement primaire avait un cursus de six ans (du CP1 au CM2) jusqu’aux années 2006-2007. À la faveur de la restructuration du pré- primaire, le cursus a été ramené à cinq ans (de la 1re année à la 5e année). Il prépare le CEP (certificat d’études primaire).
• À l’intérieur de l’enseignement secondaire, il y a l’enseignement secondaire général et l’enseignement secondaire technique

— L’enseignement secondaire général va de la classe de 6e à la classe de terminale et prépare en quatre ans au BEPC (brevet d’études du premier cycle), puis trois années après au baccalauréat.

L’enseignement technique et la formation professionnelle (ETFP) scolaire souffre d’un manque de moyens, il souffre aussi d’un déficit énorme de collaboration avec les entreprises. Ce déficit explique en grande partie le décalage entre les programmes de formation « académiques » et les attentes concrètes des branches professionnelles – Fourniol, J. (2004, p. 29).

Au sein de l’enseignement secondaire technique et professionnel, il y a deux subdivisions : l’enseignement technique et l’enseignement professionnel

L’enseignement professionnel délivre :

• le CAP en quatre années, puis le BEP deux années après ;
• le BT se prépare en quatre années après la classe de 3e aux lycées techniques suivants : national Omar Bongo de Libreville, Jean Fidèle Otando de Port-Gentil et Fulbert Bongota de Moanda ;
• le baccalauréat professionnel s’obtiendra quatre ans après la classe de 3eet se met en place au lycée technique national Omar Bongo de Libreville
• DENC s’obtient quatre ans après la classe de 3eà l’École nationale de commerce (ENC) de Port-Gentil.

Dans l’enseignement technique, on trouve deux voies :

• la voie technologique qui va de la classe de 2ndeà la classe de terminale et prépare au baccalauréat technologique, trois ans après la classe de 3e;
• la voie professionnelle qui va de la classe de 2nde et prépare le BT (brevet de technicien) au bout de trois années, soit quatre ans après la classe de 3e.

La formation professionnelle ne délivre que des attestations de fin de formation.

• Les diplômes de l’enseignement supérieur sont : baccalauréat techno- logique, BTS, DTS, DUT, DIT, DI et

Cette pléthore de diplômes du premier cycle universitaire ne favorise pas une bonne lisibilité de cet ordre d’enseignement malgré les efforts substantiels de l’Etat gabonais pour parvenir à un bon système éducatif.

En effet, se pose encore avec acuité le sempiternel problème des effectifs pléthoriques par salle de classe, dont les conséquences sont, entre autres, le taux élevé de redoublements et d’abandon, la baisse de la qualité de l’enseignement.

Par ailleurs, il n’est pas vain de signaler le déséquilibre entre l’enseignement général et l’enseignement technique. Le dernier cité est très peu ou même mal connu, moins valorisé et bien entendu avec toutes les conséquences que cela implique (organisation éclatée des diplômes et des qualifications, établissements inadaptés, etc.).

La formation des enseignants : ENSET

La formation des enseignants au Gabon se fait dans trois établissements : les Écoles nationales des instituteurs (ENI) pour les enseignants du primaire, l’École normale supérieure (ENS) pour les enseignants du secondaire général, et l’École normale supérieure de l’enseignement technique (ENSET) pour la formation des enseignants des disciplines technologiques et professionnelles des lycées techniques ou professionnels. Cet établissement relève de l’enseignement supé- rieur (il était annexé à l’UOB lors de sa création) mais est également placé sous la tutelle des ministères de l’Éducation nationale et de l’enseignement supérieur. Créée et organisée par l’ordonnance 81/72 du 30 décembre 1972, l’École normale supérieure de l’enseignement technique (ENSET) du Gabon a pour mission la formation initiale et continue des enseignants techniques (cf. annexes). Deux niveaux de formation sont proposés :

• la formation des professeurs de lycée professionnel qui se fait en trois années après le baccalauréat et conduit au certificat d’aptitude au professorat des collèges d’enseignement technique (CAPCET) ;
• La formation des professeurs de lycée technique qui se fait en deux années après le CAPCET et conduit au certificat d’aptitude au professorat des lycées techniques (CAPLT).

La formation des enseignants articule de manière simultanée une formation à la discipline à enseigner et à l’enseignement de cette discipline. En ce sens, le modèle de formation est plus proche des dispositifs mis en œuvre dans les pays anglo- saxons que de ceux mis en œuvre en France où la formation des enseignants est consécutive (d’abord, une formation disciplinaire puis une formation professionnelle à l’enseignement de cette discipline).

Des perspectives

L’actuel système de formation à l’ENSET semble statique et ne favorise que très peu l’évolution des techniques, imputable aux sous-équipements. D’où, une  confusion sous-jacente entre la formation initiale et la formation continue des enseignants.

L’organisation des études n’est plus vraiment adaptée aux besoins du pays, les filières couvertes ne correspondent pas aux besoins de diversification de l’économie. Les études sont essentiellement centrées sur une articulation formation générale

/ formation professionnelle qui relève plus d’un cursus de technicien supérieur ou d’ingénieur que d’une réelle approche d’une formation professionnelle d’enseignants (Bekale Nze, 2010).

L’articulation CAPCET puis CAPLT induit une hiérarchie de compétences qui ne correspond pas aux besoins en termes de compétences professionnelles : un titulaire du CAPCET va plutôt intervenir dans les formations d’ouvrier, voire de technicien alors qu’un titulaire du CAPLT va, lui, intervenir dans les formations de techniciens, voire de techniciens supérieurs.

Autrement dit, l’ENSET doit se structurer et faire évoluer ses formations pour devenir l’établissement de formation universitaire qui forme la très grande majorité des intervenants dans les formations technologiques et professionnelles, qu’elles soient publiques ou privées, qu’elles relèvent de la formation initiale ou continue, du second degré ou du premier cycle universitaire. L’accroissement des effectifs par la diversification des formations professionnelles n’a des chances de porter ses fruits que s’il s’appuie sur un système de formation des formateurs efficace. L’ENSET n’a pas les moyens de se lancer dans une course aux équipements nécessaires à toutes les filières professionnelles qu’elle a vocation à organiser. En revanche, elle doit, d’une part, jouer un rôle particulièrement fort dans la structuration des pôles de compétence afin de permettre à ses étudiants d’aller acquérir certaines compétences dans des entreprises.

Équilibre d’un système électromécanique

Mise en relief

Les institutions internationales mènent depuis toujours une réflexion sur les solutions idoines pour réduire les émissions des gaz nocifs à la couche d’ozone, mais également sur la maîtrise par l’homme de son environnement industriel.

Ainsi les contraintes industrielles et écologiques du moment ont conduit à se pencher sur l’asservissement et l’étude de l’équilibre thermique des systèmes technologiques industriels.

L’émergence des pays africains ne semble pas s’arrimer avec l’évolution de la technologie de pointe dans le village planétaire dont ils font partie. Se pencher un tant soit peu sur les asservissements et l’équilibre thermique des systèmes pluri-technologiques simples rendrait ces pays plus participants à l’impact positif de leur environnement.

Bien sûr, cela nécessite des équipements lourds qui imposent des grands investissements en termes de ressources financières et humaines ! Cela constitue donc un obstacle. Mais celui-ci peut être levé par la pratique du virtuel surtout dans les milieux scolaires et universitaires.

Moteur à courant continu avec charge, comme système

Le système représenté par la figure ci-dessous, quelque basique qu’il soit, est un modèle électrique.

Moteur à courant continu avec charge comme système

Il est constitué essentiellement d’un moteur électrique à courant continu entraînant une charge mécanique. Cette charge de moment d’inertie J, impose un couple résistant proportionnel �� = a.�.

La tension U appliquée au moteur est constante et la vitesse de celui-ci est initialement nulle.

On donne �� = K� où K est la constante de la f.é.m. ; c’est aussi la constante du couple.

N.B. : — Le couple des pertes est considéré comme négligeable.

Par ailleurs pendant son fonctionnement, le moteur engendre des pertes thermiques P constantes. Il démarre à froid à la température ambiante �� et fait ressortir une résistance thermique ��� totale (rotor et air ambiant) et une capacité thermique �� de son rotor.

Compte tenu de ses aspects thermiques, on peut le représenter. Pinard, M. (2009) par un modèle thermique simple à deux sources, comme suit :

Équilibre d’un système électromécanique du rapport à l’homothétie

Outils mathématiques et modélisation

D’après Cordon, P. et Le Ballois, S., (1998), tout système peut être régi par un modèle mathématique sous forme d’une équation différentielle, dont la forme générale est :

Basile Koumba Moussavou, Jean Sylvain Bekale Nze RAIFFET2014

Contraintes

Nous nous fixons l’objectif de contrôler la tension d’alimentation du moteur à courant continu et la température �� de source chaude.

Partie électromécanique

Modèle de commande (ou modèle mathématique)

C’est le modèle théorique obtenu par le physicien en écrivant toutes les équations différentielles régissant le fonctionnement idéal du système. Même si tous les paramètres physiques y apparaissent clairement, ce modèle est néanmoins difficile à obtenir dans la pratique lorsque le système est complexe.

En effet, au regard de la figure 1 ci-dessus, nous modélisons le moteur à courant continu par l’équation différentielle appropriée.

Quand ils s’exercent dans le sens positif, les moments des couples appliqués sur l’arbre du moteur sont positifs.

Outils mathématiques et modélisation RAIFFET2014

Nous obtenons ainsi la modélisation, par cette équation différentielle du second ordre, du moteur électrique à courant à courant continu. Celui-ci est donc un système du 2nd ordre.

Modèle graphique

D’après Di Stefano, J.J. et Stubberrud, A.R. (1992), le schéma fonctionnel du système obtenu à partir de l’équation différentielle peut s’établir :

Modèle graphique RAIFFET2014

Partie thermique

Modèle de commande (ou modèle mathématique)

En considérant la figure 2, on peut appliquer la loi de nœuds en équivalence aux circuits électriques et écrire : = � + �. C’est l’équation de transfert de la chaleur.

est la chaleur fournie par la source de température ��. Au niveau de �, la chaleur est évacuée au milieu ambiant grâce à ���. Et au niveau de �, la chaleur est emmagasinée et stockée dans ��.

En introduisant le différentiel de température, on a :

En introduisant le différentiel de température RAIFFET2014

Constante de temps thermique RAIFFET2014

Savoirs en jeu, contexte et perspectives

Les enseignements

Tableau 1

Commentaires :

Le volume horaire en enseignement scientifique semble être acceptable au vu de l’équilibre avec l’enseignement technologique. Mais ce quota ne représente que 35 % du global consenti pour la formation des professeurs des collèges. Pis, pour les professeurs des lycées, il ne représente plus que 15 %. Il est donc nécessaire de revoir l’ensemble à la hausse. Ce premier tableau ne renseigne pas des pondérations consacrées à l’automatique

Relation à l’automatique

Tableau 2

Tableau 3

Commentaires :

• Il est à remarquer que l’automatique est classée dans le groupe des matières d’enseignement Ceci ne semble pas cohérent, compte tenu de sa transversalité. L’automatique devait se trouver dans le groupe des matières d’enseignement scientifique.
• Au tableau 2, l’automatique représente 19 % de l’horaire total en enseigne- ment technologique dans la filière électromécanique et 11 % en fabrication mécanique où elle est ne représente un peu plus 10 % par rapport au total de l’enseignement

Au tableau 3, cette matière représente 25 % de l’horaire total en enseignement technologique dans la filière électromécanique et 13 % en fabrication mécanique. Compte tenu de nouvelles exigences en milieux industriels où l’accent est mis sur l’automatisation des systèmes, le quota horaire de l’enseignement technologique doit être revu à la hausse. Ceci passe par la revalorisation du cours d’automatique.

Savoirs et préconisations

L’inscription au concours d’entrée concerne essentiellement les détenteurs du baccalauréat des séries technologiques (F et MI). Or les programmes de mathématiques ne sont assez étoffés dans ces filières pour permettre aux nouveaux élèves professeurs d’appréhender avec aisance les outils mathématiques nécessaires pour l’analyse des systèmes automatisés.

Il est regrettable de constater que les enseignements technologiques dans les lycées au Gabon se font de plus en plus théoriquement. Face aux défis du moment, il serait de bon aloi d’encourager le partenariat public-privé en encourageant les industriels à recevoir des professeurs volontaires en stage pendant les grandes vacances scolaires. Cela permettrait à ceux-ci d’améliorer leurs cours et de maîtriser au mieux les systèmes pluri-technologiques existant dans le bassin industriel et de favoriser ainsi l’équipement des établissements.

En outre, l’enseignement des asservissements ne se fait jusqu’à présent qu’au niveau supérieur. Or pendant qu’il se fait à l’ENSET de Libreville à partir de la 4e année, à l’École polytechnique de Masuku (Franceville), ce même enseignement se fait dès la 1re année. On relève donc une espèce de dissonance dans un même système.

Dans le continuum des idées qui précèdent, nous pouvons standardiser, ce qui suit :

• Mettre en place une plate-forme scientifique au prorata des besoins de chaque filière (toutes les sections étant concernées) pour outiller les niveaux en sciences
• Maintien des enseignements scientifiques aussi bien pour les professeurs de collèges que de lycées, traités si possible sous forme modulaire et au regard des besoins dans chaque filière.
• Uniformiser pour les filières concernées dans le système gabonais, les enseignements technologiques du moins la partie automatique en 1reannée post- bac car c’est à ce niveau que s’acquièrent les
• Mise en évidence des composants utilisés lors des travaux pratiques en établissement et leurs modèles scientifiques sous-jacents.
• Valoriser l’adéquation formation-emploi aux apprenants par des stages en alternance entre l’école et l’entreprise.

Conclusion

Les interruptions intempestives et répétées de l’électricité du secteur font partie du quotidien des pays africains, les industriels font de plus en plus appel aux alimentations autonomes de secours. Ces alimentations sont généralement en régime continu adapté au fonctionnement du moteur électrique à courant continu.

Ce type de moteurs est l’actionneur encore bien utilisé dans les industries en raison de sa souplesse et de sa stabilité dans le contrôle de la vitesse.

La maîtrise de l’environnement industriel passe par les enseignements sur le contrôle des systèmes pluri-technologiques mais cela nécessite plus souvent la mobilisation des ressources humaines et financières. Pour pallier ce type de blocages, surtout dans les pays africains, on pourrait passer par la modélisation de ces systèmes en s’équipant des logiciels appropriés. Ces investissements financiers sont pratiquement à la portée de tous.

Bibliogaphie

Bekale Nze, J.-S. (2010). Formation des enseignants : des représentations à la construction d’une identité professionnelle. Lille : Éditions universitaires françaises-ANRT.

Codron, P., Le Ballois, S. (1998). Automatique, systèmes linéaires et continus. Paris : Dunod. Descortes, B., Genon, Le bail, J. (1995). L’automatique en classes préparatoires. Paris : Ellipses.

Di Stefano, J.J., Stubberrud, A.R., Williams, I.J. (1982). Systèmes asservis 1 – Cours et problèmes.

Montréal : Série SCHAUM.

Fourniol, J. (2004). La formation professionnelle en Afrique francophone : pour une évolution maîtrisée.

Paris : L’Harmattan.

Ginestié, J. (2005). Adéquation emploi, qualification, formation, éducation : une approche du développement durable. Dans Actes du colloque international : éducation technologique, formation professionnelle et développement durable. Libreville : Éditions RAIFFET.

Pinard, M. (2009). Sources et transmission de chaleur. Grenoble : Cours CNED.