JavaScool:TPE-Interventions

« Science culture au lycée » : les chercheurs viennent partager des pépites de science

Partout en France, les chercheurs des laboratoires de recherche en Sciences Informatiques, dans les Universités ou dans les organismes de recherche comme l'INRIA ou le CNRS peuvent être invités à donner une conférence-dialogue de culture scientifique et technique. Pour favoriser le contact direct entre les lycéens et le monde des sciences, des technologies et de la recherche dans sa diversité ont pour objectif, éveiller la curiosité des lycéens et apprentis à la culture scientifique, présenter les enjeux et les métiers en lien avec la recherche et l'innovation.

• Ces conférences peuvent se faire en visio-conférence (ça marche très bien et on vous y aide) si le lycée est éloigné du laboratoire.

• Ces conférences permettent aussi des échanges en lien avec les TPE.

Comment en profiter ? : en nous contactant !

En PACA, cette initiative est mutualisée avec l'initiative «Science Culture au lycée et au CFA» de la direction de l’Education du Conseil régional Provence – Alpes – Côtes d’Azur, voir ses modalités.

---

Des exemples de sujets traités.

Les sujets proposés ici sont volontairement limitées à de grandes thématiques qui seront affinées lors d'un dialogue entre les enseignants et les scientifiques de façon à correspondre au projet pédagogique sous-jacent:

Modélisation et simulation, lorsque l'ingénérie devient numérique

Autrefois, les théories étaient dans les cerveaux et sur les feuillets des chercheurs. Aujourd’hui, on les trouve aussi dans les ordinateurs. Qu’est-ce que cela signifie ? L' ordinateur a changé les pratiques des mathématiciens et des ingénieurs, en les aidant à énoncer des hypothèses et des résultats, en produisant la démonstration de théorèmes qu’aucun humain ne peut mener, en validant des procédés trop coûteux à réaliser sous forme de maquettes physiques. L’idée de la simulation consiste ici à réaliser un micro-monde numérique, le plus semblable possible au monde réel ou à sa partie pertinente, et à le faire « tourner » grâce à l’ordinateur, pour prévoir le temps de demain, le fonctionnement du futur avion ou savoir comment se comporteront les marchés l’année prochaine si tel événement se produit.

La théorie des jeux: petits paradoxes et grandes interrogations.

La théorie des jeux : sous ce titre se cache un vaste domaine de recherche né à la frontière de l'économie et des mathématiques, qui a trouvé des applications jusqu'en biologie et dans l'analyse de l'Internet. De quels jeux s'agit-il ici ? Rien à voir avec les jeux vidéos, mais plutot avec toutes les situations où des acteurs, appelés « joueurs», sont amenés à prendre « au mieux » des décisions dont les effets dépendent de ce que font les autres. Il s'agit alors de déterminer ce qu’on va appeler « solution », ou « équilibre », qui dépend des circonstances, et de calculer cet équilibre. On verra que cette théorie est aujourd'hui incontournable, mais très imparfaite.

Mathématiques et lutte biologique pour la protection des cultures

On peut utiliser des organismes vivants comme auxiliaires des cultures, par exemple des prédateurs d'un ravageur. L'exemple pris ici sera l'utilisation des trichogrammes, des petites guêpes qui pondent leurs oeufs dans ceux de la pyrale du maïs, empêchant celle-ci, un papillon ravageur des cultures de maïs, de se reproduire. Pour bien utiliser ces auxiliaires, il faut bien comprendre leur comportement. C'est l'objet de l'écologie comportementale.

Quel lien entre comportement d'insectes parasitoïdes et les mathématiques ?

C'est la pointe de la conférence, fournie par la théorie de l'évolution. On montre in fine comment une modélisation et un raisonnement mathématiques accessibles aux élèves de seconde (mais mieux de terminale) permettent de dire des choses pertinentes sur ce comportement. Des perspectives seront ouvertes sur des mathématiques plus difficiles nécessaires pour faire un modèle plus fidèle, et de là vers la recherche contemporaine en écologie comportementale. Un lien sera aussi fait avec l'activté industrielle des producteurs de trichogrammes.

Traitement numérique de la géométrie, lorsque nos maths s'incarnent dans les ordinateurs

Comment représente-t-on les formes géométrique sur un ordinateur ? En se limitant au cas des maillages de surfaces - une représentation très répandue pour modéliser des formes, cette intervention décrit une technique de compression particulièrement adaptée au stockage en mémoire, et utile aussi pour faciliter la transmission par réseaux. La première étape consiste à choisir de ne représenter que le bord, la surface des formes à représenter. C'est suffisant pour un grand nombre d'applications, comme la visualisation d'objets opaques. Une seconde étape consiste à décomposer la surface en primitives géométriques simples, des polygones. On appelle maillage cet ensemble de polygones, reliant un ensemble de points, les sommets des polygones. Les maillages composés uniquement de triangles sont courants du fait de leur simplicité. Et les mathématiques de devenir notre meilleur allié !

La moitié des exos de maths se fait automatiquement sur ordinateur: que reste-t-il aux mathématicien ?

Beaucoup de "calculs symboliques" (développer une expression, résoudre une équation, étudier une fonction, ..) sont tellement mécaniques . . que vous pouvez les faire automatiquement sur un logiciel comme Maple ou Mathematica. Ne vous en privez pas ! Car trois choses merveilleuses vont se produire: (i) vous allez pouvoir consacrer votre temps à faire autre chose, (ii) vous serez "bons en maths" même si vous détestez ça, (iii) vous allez "comprendre" des tas de choses qui parraissaient rébarbatives avant ! Fini d'être l'esclave des mathématiques, devenez le boss ! D'ailleurs quand les scientifiques en sont à calculer un Airbus A380 ou ce que fait le cerveau d'un lapin, aucune chance de pouvoir faire ces quelques siècles de calcul à la main. Regardons ensemble ce qui peut être mécanisé en mathématiques et, à contrario, ce que seul l'esprit humain peut appréhender.

Peut-on modéliser l'impact des rayonnements électromagnétiques sur l'être humain ?

Les systèmes de communication sans fil se développent très rapidement; les technologies et les modes d'utilisation évoluent en permanence. En particulier, les interrogations sur les rayonnements des téléphones mobiles et des antennes-relais sont telles que de nombreuses études, expérimentales ou épidémiologiques, sont conduites aujourd'hui à travers le monde pour en étudier l'impact sur la santé humaine. Dans la majeure partie des études expérimentales on réalise des mesures d'exposition sur des maquettes de têtes remplies d'un liquide possédant les propriétés diélectriques d'un tissu (généralement le cerveau). Or la tête est un milieu hétérogène qui contient de nombreux tissus différents. C’est pourquoi les études expérimentales sont de plus en plus associées à des simulations sur ordinateurs qui mettent en jeu un modèle numérique de l'exposition des tissus de la tête aux ondes électromagnétiques. Dans cet exposé, nous montrerons comment la physique, les mathématiques et l'informatique s'associent harmonieusement pour modéliser l'exposition des personnes aux ondes électromagnétiques de façon à s'assurer de l'innocuité des technologies de télécommunication mobile et de la pertinence des normes d'exposition imposées aux fabricants et aux opérateurs.

Le hasard fait bien les choses

A l’aide de concepts mathématiques (plus ou moins) élémentaires deux sens différents de cette phrase seront commentées : celui du langage courant et le sens scientifique. On illustrera par de nombreux exemples pourquoi cette maxime favorite est tout sauf hasardeuse. Chemin faisant on parlera, entre autres, de modélisations probabilistes en biologie, des subprimes et de la crise financière, de stabilisation par des bruits aléatoires, et de grandes équations de la physique abordées mathématiquement et numériquement par des méthodes de la théorie des probabilités. Enfin on expliquera pourquoi la complexité du monde et les moyens informatiques actuels font bien les choses pour le hasard.

• Ref: http://images.math.cnrs.fr/Le-hasard-fait-bien-les-choses.html

Pour en finir avec les Sudokus et empêcher les prisonniers de préparer leur évasion, un peu de logique mathématiques pour résoud les problèmes les plus innatendus !

Exemples de problèmes d'algorithmique de théorie des graphes : construction d'un réseau de degré et diamètre donnés ou d'un réseau embarqué tolérant aux pannes, comment trouver les plus courts chemins dans un réseau. Et comment des mécanismes similaires permettent de se représenter les règles plus ou moins difficiles (les règles logiques et celles basées sur la théorie des graphes) pour résoudre un sudoku. Et comment des mécanismes similaires permettent de se représenter les règles plus ou moins difficiles en télécom.

Quand mathématique et médecine se marient: des images médicales à la robotique chirurgicale.

Grâce aux images médicales, par exemple, les neurochirurgiens peuvent voir ce qui reste invisible à l'œil nu : l'intérieur du cerveau. Mais, pendant l'intervention, dès qu'ils ouvrent la boîte crânienne et regardent par eux-mêmes, ils n'ont plus qu'une vision de surface. Pour voir au dessous, ils doivent inciser. L'imagerie médicale pendant l'opération pourra leur permettre de voir en profondeur. Au delà de cet exemple, la simulation numérique peut offrir des avantages incommensurables pour le chirurgien : la capacité à apprendre à partir de ses erreurs, la possibilité de s'exercer seul ou avec un formateur, ainsi qu'une adaptabilité supérieure permettant la simulation de divers scénarios allant des pathologies standard à des cas extrêmement rares.

Comment marche le web ?

Regardons d'abord les 8000 premiers jours du Web, et les nombreux pièges qui ont du être évités pour qu'il atteigne son incroyable dimension actuelle. Puis passons en revue quelques problèmes d'actualité comme la neutralité du Web, le droit l'oubli et le filtrage de l'Internet. Enfin esquissons le grand chambardement des sciences dans ce domaine et quelques futurs mobiles possibles. Notre planète est devenue un fragile village humain, où le Web est notre quotidien et . . l’invention la plus utile à l’humanité depuis sa pire invention: la bombe atomique.

Lorsque nos maths s’incarnent dans les ordinateurs: traitement numérique de la géométrie.

La géométrie est au cœur de la modélisation de tout ce qui possède une « forme » : que ce soit un objet « abstrait » défini par des équations, un objet physique appréhendé par des mesures, ou un objet simulé informatiquement. Pour décrire la forme d’un objet, par exemple un avion, on peut proposer une approximation de sa surface réelle, par la juxtaposition d’une multitude de petites facettes planes, faciles à décrire. C’est ce qu’on appelle un maillage. Mais que trouve-t-on sous la surface de ces objets numériques ? Comment sont-ils représentés sur un ordinateur, comment les calcule-t-on ? C’est le domaine de la géométrie "informatique" (on parle de géométrie algorithmique) qui nous est présenté ici.

Le cerveau, un ordinateur, quand l'informatique et les neurosciences avancent ensemble ?

Les métaphores sont tentantes. Qui n’a ainsi jamais pensé : « Si notre cerveau fonctionnait comme un ordinateur, l’esprit en serait le logiciel et les neurones le matériel ». Pas simple. Mais lorsque nous regardons une image, combien de temps faut-il à notre cerveau pour y reconnaître des objets ? Une seconde, une demi-seconde, un dixième de seconde ? Moins ? La réponse à cette question a de nombreuses implications, non seulement pour améliorer la connaissance des mécanismes physiologiques, mais aussi pour définir des méthodes de classification automatiques. En prenant des exemples concrets, nous allons pouvoir expliquer comment fonctionnent quelques grandes fonctions cognitives comme la reconnaissance d'objet ou la génération de trajectoire.

Pourquoi et comment le monde devient numérique. L'informatique est partout, c'est devenu banal de le dire, mais qu'entend-on vraiment par là ?

Comprend-on bien que le numérique, aujourd'hui, loin de se cantonner aux ordinateurs, est bien plus répandu dans les objets technologiques les plus divers, des téléphones aux avions ? Quelles en sont les implications, les qualités mais aussi les inconvénients, à commencer par les bugs ? Une vision de l'informatique au sens large axée sur ses fondements scientifiques est présentée ici.

Les ingrédients des algorithmes, comment créer et ne pas subir la société numérique qui est la notre aujourd'hui ?

Nous avons tous vu qu'un ordinateur peut effectuer des opérations très variées sur des types de données très variées : des nombres, des lettres, des images, des sons, des textes, des vidéos, .. Il peut être utilisé pour retoucher une photo, la mettre sur un blog ou un site web, la conserver dans un album, .. Un ordinateur est donc une machine complètement polyvalente: tout les automatismes peuvent être programmés sur un ordinateur. A l'inverse des machines à café ou des aspirateurs qui servent à une seule chose : faire le café, aspirer la poussière, .. Un ordinateur lui doit ``être programmé´´ pour retoucher une photo, la mettre sur un blog ou un site web, .. C'est pour cela que les ordinateurs ont besoin de programmes. Cette notion de programme est également ce qui distingue l'ordinateur de certaines machines comme les calculatrices (non-programmables). Cependant, ces tâches sont fixées une fois pour toutes et on ne peut pas programmer une calculatrice pour lire une vidéo, alors qu'on peut programmer un ordinateur pour faire tout ce que fait une calculatrice. Découvrons comment ici, à partir d'un exemple très concret.

Informatique et sciences numériques

Cette liste n'est pas exhaustive, plusieurs autres thèmes peuvent être proposés: n'hésitez pas à nous contacter !