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Pourquoi STEM est important, Partie 3: Ingénierie

L'ingénierie est le domaine de l'activité humaine responsable de la conception et de la construction de nouvelles technologies et de l'amélioration des anciennes. Ce fabuleux nouveau smartphone n’apparaît pas de nulle part: il est conçu et construit par des ingénieurs. Si les scientifiques sont ceux qui trouvent des explications aux phénomènes naturels, ce sont les ingénieurs qui conçoivent des solutions aux problèmes de nos vies. Si vous voulez comprendre pourquoi quelque chose s'est mal passé, vous demandez à un scientifique. Si vous voulez réparer ce qui n'a pas fonctionné, vous demandez à un ingénieur.

Tout comme la science, l'ingénierie est un processus itératif, ce qui signifie que vous vous basez sur vos résultats les plus récents pour améliorer le résultat: expérimenter, collecter des données, reconcevoir l'expérience, répéter. La différence est que l'ingénierie est beaucoup plus axée sur les résultats. Un scientifique peut poursuivre l'explication d'un événement naturel sans avoir à savoir à quoi pourrait servir l'explication, tandis qu'un ingénieur qui conçoit une machine inutile sera probablement licencié.

La vieille blague raconte qu'un scientifique pense que la réalité est une approximation des équations tandis qu'un ingénieur pense que les équations sont une approximation de la réalité. Les ingénieurs ont tendance à travailler davantage avec des limitations de la vie réelle, qui sont généralement beaucoup plus compliquées que les équations magnifiquement simples qu'un scientifique pourrait utiliser pour se rapprocher de la réalité. Les élèves d'un cours de physique doivent régulièrement «ignorer le frottement» lors de la résolution d'une équation, mais quelque part il y a probablement un ingénieur dont le prototype vient d'exploser en raison d'une surabondance de frottement.

Les prototypes échouent, parfois de façon spectaculaire, lorsque vous travaillez à la pointe de l'ingénierie. Repousser les limites de ce dont les matériaux sont capables et les adapter à de nouveaux objectifs est ce qui fait avancer la capacité technologique humaine, et vous ne pouvez pas accomplir de nouvelles choses sans échouer encore et encore avant de réussir.

Un exemple parfait de réussite en ingénierie après de nombreux échecs est le Wright Flyer. À une époque où les esprits scientifiques les plus doués du monde essayaient et échouaient à réaliser un vol motorisé et contrôlé, même avec beaucoup de soutien financier et logistique, deux fabricants de vélos de l'Ohio ont réussi à le comprendre par eux-mêmes. Mais cela ne s'est pas produit du jour au lendemain.

Orville et Wilbur Wright ont pensé à l'idée du vol différemment de la plupart des scientifiques de l'époque. Dans l'esprit des experts, la locomotion dans l'air était la même que la locomotion au sol, juste légèrement surélevée. Leurs conceptions pour les machines volantes envisageaient de faire des virages sur un plan horizontal, avec l'inclinaison de la machine d'un côté considérée comme indésirable. Leurs machines étaient construites de manière rigide, avaient des moteurs puissants, mais n'étaient pas capables de supporter même de petites rafales de vent de travers sans tomber du ciel. Chacune de leurs conceptions a échoué.

Les frères Wright pensaient plutôt que le vol était avant tout une question de contrôle, pas de puissance. Pour les frères fabricants de vélos, tourner dans les airs ressemblait à allumer un vélo: on se penchait dans le virage. Cependant, ils voulaient plus de contrôle que de simplement déplacer leur poids corporel, ils ont donc regardé comment les oiseaux tournaient en volant: changer la forme de leur aile. Comment ils pouvaient changer la forme d'une aile leur échappa, jusqu'à ce que Wilbur tordait distraitement une longue boîte à chambre à air dans leur magasin de vélos et ils ont eu l'idée de déformer les ailes.

Des dizaines de prototypes de planeurs, des milliers de planeurs d'essai (plus de 700 en un mois en 1902 seulement), plus de 200 modèles d'ailes différents testés dans une soufflerie qu'ils ont conçus et construits eux-mêmes (propulsés par un vélo, bien sûr), l'ajout d'horizontales stabilisateurs et gouvernails, et perfectionner l'art du virage contrôlé dans les airs ont tous précédé l'ajout d'un moteur à leur conception. Ainsi, après des milliers d'heures d'expérimentation, les Wrights et leur Flyer ont pu réaliser ce que les esprits scientifiques les plus brillants de la journée ne pouvaient pas: ils ont décollé du sol et ont volé dans les airs, avec suffisamment de contrôle sur leur machine volante pour apporter le remit au sol en toute sécurité après un vol de seulement 120 pieds (plus court que l'envergure d'un Boeing 747 aujourd'hui) le 17 décembre 1903.

Les Wrights avaient essayé et échoué à voler de nombreuses fois, mais leur détermination et leur pensée créative leur ont finalement permis de réussir. Ils ont construit leurs prototypes une pièce à la fois, n'ajoutant des composants qu'après que d'autres ont été affinés, et augmentant progressivement la complexité de leur véhicule jusqu'à ce qu'il soit prêt à tenter un vol soutenu et propulsé. Et ils ont amélioré ce premier vol à plusieurs reprises grâce à la pratique, à l'expérimentation et à la refonte. Moins d'un an après leur premier vol, ils avaient construit deux nouveaux prototypes (leur Flyer III est reconnu comme le premier avion pratique au monde) et effectué des vols allant jusqu'à 24 miles, ce que le Flyer III a accompli en un temps plutôt tranquille de 38 minutes. , 3 secondes. À titre de comparaison, un 747 moderne couvre 24 miles en un peu plus de 2 minutes à vitesse de croisière et couvrirait plus de 410 miles en 38 minutes de vol.

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On peut dire que chaque pilote qui a déjà volé a appris à voler des frères Wright, car il fut un temps où ils étaient les seuls sur Terre à savoir comment le faire. Ils ont enseigné à certains des premiers aviateurs militaires, qui dirigeaient des écoles de pilotage à mesure que les avions devenaient de plus en plus avancés dans les décennies à venir. Les années d'échecs de prototypes et de collecte de données auprès de planeurs et de flyers motorisés signifiaient qu'Orville et Wilbur étaient les pilotes les plus expérimentés au monde. Les connaissances acquises à travers tous leurs échecs ont été transmises à tous ceux qui volent aujourd'hui.

L'ingénierie est vraiment une question d'échec, mais pas de la manière dont la plupart des gens ont l'habitude d'en faire l'expérience. Un échec en ingénierie (et dans la vie, franchement) signifie être mieux équipé pour réussir la prochaine fois. Regardez ce qui n'a pas fonctionné et concevez une solution pour le résoudre. Si cela fonctionne, tant mieux! Sinon, essayez autre chose. Le secret n’échoue jamais, mais en appliquant les leçons de cet échec à votre prochain effort.

Les leçons apprises par les réparateurs de vélos qui ont d'abord découvert comment voler ne devraient pas être perdues pour les étudiants et les enseignants en génie aujourd'hui. Les Wrights ont réussi non pas parce qu'ils ont abordé le problème du vol contrôlé avec le plus d'informations et de soutien, mais parce qu'ils ont effectué le plus de tests, recueilli le plus de données et, à la fin, avaient le plus d'expérience de tous ceux qui avaient déjà tenté de contrôler un vol. machine en l'air. Chacun de leurs échecs successifs a été une source de données et d'enseignements tirés vers leur objectif global. C'est cette ténacité et cette ingéniosité qui font un bon ingénieur, et celles-ci devraient être à la base de tout programme de formation en ingénierie.

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