Ingénierie

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L' atterrisseur InSight avec panneaux solaires déployés dans une salle blanche
La machine à vapeur , le principal moteur de la révolution industrielle , souligne l'importance de l'ingénierie dans l'histoire moderne. Ce moteur à faisceau est exposé à l' Université technique de Madrid .

L'ingénierie est l'utilisation de principes scientifiques pour concevoir et construire des machines, des structures et d'autres éléments, y compris des ponts, des tunnels, des routes, des véhicules et des bâtiments. [1] La discipline de l'ingénierie englobe un large éventail de domaines d'ingénierie plus spécialisés , chacun avec un accent plus spécifique sur des domaines particuliers des mathématiques appliquées , des sciences appliquées et des types d'application. Voir le glossaire de l'ingénierie .

Le terme ingénierie est dérivé du latin ingenium , qui signifie «intelligence» et ingeniare , qui signifie «inventer, concevoir». [2]

Définition

L' American Engineers 'Council for Professional Development (ECPD, le prédécesseur d' ABET ) [3] a défini le terme «ingénierie» comme suit:

L'application créative de principes scientifiques pour concevoir ou développer des structures, des machines, des appareils ou des procédés de fabrication, ou des travaux les utilisant seuls ou en combinaison; ou de construire ou d'exploiter celui-ci en pleine connaissance de sa conception; ou pour prévoir leur comportement dans des conditions d'exploitation spécifiques; le tout en ce qui concerne la fonction prévue, l'économie de fonctionnement et la sécurité des personnes et des biens. [4] [5]

Histoire

Plan en relief de la Citadelle de Lille , dessiné en 1668 par Vauban , le plus grand ingénieur militaire de son époque.

L'ingénierie existe depuis l'Antiquité, lorsque les humains ont conçu des inventions telles que le coin, le levier, la roue et la poulie, etc.

Le terme ingénierie est dérivé du mot ingénieur , qui lui-même remonte au 14ème siècle lorsqu'un ingénieur (littéralement, celui qui construit ou fait fonctionner un engin de siège ) se référait à «un constructeur de moteurs militaires». [6] Dans ce contexte, désormais obsolète, un «moteur» désignait une machine militaire, c'est -à- dire un engin mécanique utilisé en temps de guerre (par exemple, une catapulte ). Des exemples notables de l'usage obsolète qui ont survécu jusqu'à nos jours sont le corps du génie militaire, par exemple le US Army Corps of Engineers .

Le mot «moteur» lui-même est d'origine encore plus ancienne, dérivant finalement du latin ingenium (vers 1250), signifiant «qualité innée, en particulier la puissance mentale, d'où une invention intelligente». [7]

Plus tard, au fur et à mesure que la conception des structures civiles, telles que les ponts et les bâtiments, devint une discipline technique, le terme génie civil [5] entra dans le lexique pour distinguer ceux qui se spécialisaient dans la construction de tels projets non militaires et ceux impliqué dans la discipline du génie militaire .

Ère antique

Les anciens Romains ont construit des aqueducs pour apporter un approvisionnement régulier en eau propre et fraîche aux villes et villages de l'empire.

Les pyramides de l'Égypte ancienne , les ziggourats de Mésopotamie , l' Acropole et le Parthénon en Grèce, les aqueducs romains , la Via Appia et le Colisée, Teotihuacán et le temple Brihadeeswarar de Thanjavur , parmi tant d'autres, témoignent de l'ingéniosité et de l'habileté de l'ancien ingénieurs civils et militaires. D'autres monuments, qui ne sont plus debout, tels que les jardins suspendus de Babylone et le Pharos d'Alexandrie , étaient d'importantes réalisations d'ingénierie de leur temps et étaient considérés parmi lesSept merveilles du monde antique .

Les six machines simples classiques étaient connues dans l' ancien Proche-Orient . Le coin et le plan incliné (rampe) étaient connus depuis la préhistoire . [8] La roue , avec le mécanisme de roue et d'axe , a été inventée en Mésopotamie (l'Irak moderne) pendant le 5ème millénaire avant JC. [9] Le mécanisme de levier est apparu pour la première fois il y a environ 5 000 ans au Proche-Orient , où il était utilisé dans une simple balance , [10] et pour déplacer de grands objets dans la technologie égyptienne antique .[11] Le levier a également été utilisé dans ledispositif de levage d'eau de shadoof , la premièremachine de grue , qui est apparue en Mésopotamie vers 3000 avant JC, [10] puis dans la technologie égyptienne ancienne vers 2000 avant JC. [12] Les premières preuves de poulies remontent à la Mésopotamie au début du 2ème millénaire avant JC, [13] et à l'Egypte ancienne pendant la Douzième Dynastie (1991-1802 BC). [14] La vis , la dernière des machines simples à être inventée, [15] est apparue pour la première fois en Mésopotamie pendant la période néo-assyrienne (911-609) av.[16] Les pyramides égyptiennes ont été construites en utilisant trois des six machines simples, le plan incliné, le coin et le levier, pour créer des structures comme la Grande Pyramide de Gizeh . [17]

Le premier ingénieur civil connu sous son nom est Imhotep . [5] En tant que l'un des fonctionnaires du pharaon , Djosèr , il a probablement conçu et supervisé la construction de la pyramide de Djoser (la pyramide à degrés ) à Saqqara en Égypte vers 2630-2611 av. [18] Les premières machines à eau pratiques , la roue à eau et le moulin à eau , sont apparues pour la première fois dans l' Empire perse , dans ce qui sont maintenant l'Irak et l'Iran, au début du 4ème siècle avant JC. [19]

Kush a développé le Sakia au 4ème siècle avant JC, qui reposait sur la puissance animale au lieu de l'énergie humaine. [20] Les hafirs ont été développés comme un type de réservoir à Kush pour stocker et contenir de l'eau ainsi que pour stimuler l'irrigation. [21] Les sapeurs ont été employés pour construire des chaussées pendant les campagnes militaires. [22] Les ancêtres Kushite ont construit des speos pendant l'âge du bronze entre 3700 et 3250 avant JC. [23] Bloomeries et hauts fourneaux ont également été créés pendant les 7èmes siècles avant JC à Kush. [24] [25] [26] [27]

La Grèce antique a développé des machines dans les domaines civil et militaire. Le mécanisme d'Antikythera , un premier ordinateur analogique mécanique connu , [28] [29] et les inventions mécaniques d' Archimède , sont des exemples de génie mécanique grec. Certaines des inventions d'Archimède ainsi que le mécanisme d'Anticythère nécessitaient une connaissance approfondie de l' engrenage différentiel ou de l' engrenage épicycloïdal , deux principes clés de la théorie des machines qui ont aidé à concevoir les trains d'engrenages de la révolution industrielle, et sont encore largement utilisés aujourd'hui dans divers domaines tels que la robotique. etingénierie automobile . [30]

Les anciennes armées chinoises, grecques, romaines et hunniques utilisaient des machines et des inventions militaires telles que l' artillerie qui fut développée par les Grecs vers le 4ème siècle avant JC, [31] le trirème , la baliste et la catapulte . Au Moyen Âge, le trébuchet s'est développé.

Moyen-âge

Les premières machines éoliennes pratiques , le moulin à vent et la pompe éolienne , sont apparues pour la première fois dans le monde musulman à l' âge d'or islamique , dans ce qui est aujourd'hui l'Iran, l'Afghanistan et le Pakistan, au 9ème siècle après JC. [32] [33] [34] [35] La première machine à vapeur pratique était un vérin à vapeur entraîné par une turbine à vapeur , décrit en 1551 par Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf en Egypte ottomane . [36] [37]

L' égreneuse de coton a été inventée en Inde au 6ème siècle après JC, [38] et le rouet a été inventé dans le monde islamique au début du 11ème siècle, [39] tous deux étant fondamentaux pour la croissance de l' industrie cotonnière . Le rouet était également un précurseur de la jenny , qui était un développement clé au début de la révolution industrielle au 18ème siècle. [40] Le vilebrequin et l' arbre à cames ont été inventés par Al-Jazari en Mésopotamie du Nord vers 1206, [41] [42][43] et ils sont devenus plus tard le centre des machines modernes telles que la machine à vapeur , le moteur à combustion interne et les commandes automatiques . [44]

Les premières machines programmables ont été développées dans le monde musulman. Un séquenceur musical , un instrument de musique programmable , était le premier type de machine programmable. Le premier séquenceur musical était un joueur de flûte automatisé inventé par les frères Banu Musa , décrit dans leur Book of Ingenious Devices , au 9ème siècle. [45] [46] En 1206, Al-Jazari a inventé des automates / robots programmables . Il a décrit quatre musiciens automates , y compris des batteurs actionnés par une boîte à rythmes programmable, où ils pourraient être amenés à jouer différents rythmes et différents modèles de batterie. [47] L' horloge du château , une horloge astronomique mécanique hydroélectrique inventée par Al-Jazari, était le premier ordinateur analogique programmable . [48] [49] [50]

Un treuil de mine à eau utilisé pour élever du minerai, ca. 1556

Avant le développement de l'ingénierie moderne, les mathématiques étaient utilisées par les artisans et les artisans, tels que les mécaniciens de chantier , les horlogers , les fabricants d'instruments et les géomètres. En dehors de ces professions, on ne pensait pas que les universités avaient une grande importance pratique pour la technologie. [51] : 32

Une référence standard pour l'état des arts mécaniques à la Renaissance est donnée dans le traité de génie minier De re metallica (1556), qui contient également des sections sur la géologie, l'exploitation minière et la chimie. De re metallica était la référence en chimie standard pour les 180 années suivantes. [51]

Ère moderne

L'application de la machine à vapeur a permis au coke de remplacer le charbon de bois dans la fabrication du fer, ce qui a réduit le coût du fer, ce qui a fourni aux ingénieurs un nouveau matériau pour la construction de ponts. Ce pont était en fonte , qui fut bientôt remplacé par du fer forgé moins cassant comme matériau de structure

La science de la mécanique classique , parfois appelée mécanique newtonienne, a formé la base scientifique d'une grande partie de l'ingénierie moderne. [51] Avec la montée de l'ingénierie en tant que profession au 18ème siècle, le terme est devenu plus étroitement appliqué aux domaines dans lesquels les mathématiques et la science ont été appliquées à ces fins. De même, en plus du génie militaire et civil, les domaines alors connus sous le nom d' arts mécaniques se sont intégrés à l'ingénierie.

La construction du canal était un important travail d'ingénierie au cours des premières phases de la révolution industrielle. [52]

John Smeaton a été le premier ingénieur civil autoproclamé et est souvent considéré comme le «père» du génie civil. Il était un ingénieur civil anglais chargé de la conception des ponts, des canaux, des ports et des phares. Il était également un ingénieur mécanique compétent et un physicien éminent . À l'aide d'un modèle de roue à eau, Smeaton a mené des expériences pendant sept ans, déterminant des moyens d'augmenter l'efficacité. [53] : 127 Smeaton a introduit des essieux et des engrenages en fer pour les roues hydrauliques. [51] : 69 Smeaton a également apporté des améliorations mécaniques à la machine à vapeur Newcomen . Smeaton a conçu le troisième phare d'Eddystone(1755-1759) où il fut le pionnier de l'utilisation de la « chaux hydraulique » (une forme de mortier qui durcira sous l'eau) et développa une technique impliquant des blocs de granit à queue d'aronde dans la construction du phare. Il est important dans l'histoire, la redécouverte et le développement du ciment moderne , car il a identifié les exigences de composition nécessaires pour obtenir «l'hydraulicité» de la chaux; travaux qui aboutirent finalement à l'invention du ciment Portland .

La science appliquée a conduit au développement de la machine à vapeur. La séquence des événements a commencé avec l'invention du baromètre et la mesure de la pression atmosphérique par Evangelista Torricelli en 1643, démonstration de la force de la pression atmosphérique par Otto von Guericke utilisant les hémisphères de Magdebourg en 1656, expériences de laboratoire par Denis Papin , qui a construit le modèle expérimental moteurs à vapeur et a démontré l'utilisation d'un piston, qu'il a publié en 1707. Edward Somerset, 2e marquis de Worcester a publié un livre de 100 inventions contenant une méthode pour élever les eaux semblable à un percolateur à café . Samuel Morland, un mathématicien et inventeur qui a travaillé sur les pompes, a laissé des notes au Bureau de l'Ordonnance de Vauxhall sur une conception de pompe à vapeur que Thomas Savery a lu. En 1698, Savery construisit une pompe à vapeur appelée "The Miner's Friend". Il employait à la fois le vide et la pression. [54] Le marchand de fer Thomas Newcomen , qui a construit la première machine à vapeur à piston commerciale en 1712, n'était pas connu pour avoir une formation scientifique. [53] : 32

Avion gros porteur

L'application de cylindres de soufflage en fonte à vapeur pour fournir de l'air sous pression aux hauts fourneaux a conduit à une forte augmentation de la production de fer à la fin du 18e siècle. Les températures plus élevées du four rendues possibles par le soufflage à vapeur ont permis l'utilisation de plus de chaux dans les hauts fourneaux , ce qui a permis la transition du charbon de bois au coke . [55] Ces innovations ont abaissé le coût du fer, rendant les chemins de fer à cheval et les ponts de fer pratiques. Le procédé de flaques , breveté par Henry Cort en 1784, produisait de grandes quantités de fer forgé. Hot blast , breveté par James Beaumont Neilsonen 1828, réduit considérablement la quantité de combustible nécessaire pour fondre le fer. Avec le développement de la machine à vapeur à haute pression, le rapport puissance / poids des moteurs à vapeur a rendu possible les bateaux à vapeur et les locomotives pratiques. [56] De nouveaux procédés de fabrication d'acier, tels que le procédé Bessemer et le four à sole ouverte, ont inauguré une zone d'ingénierie lourde à la fin du 19e siècle.

L'un des ingénieurs les plus célèbres du milieu du XIXe siècle était Isambard Kingdom Brunel , qui construisit des chemins de fer, des chantiers navals et des bateaux à vapeur.

Plateforme offshore, golfe du Mexique

La révolution industrielle a créé une demande de machines avec des pièces métalliques, ce qui a conduit au développement de plusieurs machines-outils . Aléser des cylindres en fonte avec précision n'était pas possible jusqu'à ce que John Wilkinson invente sa perceuse , qui est considérée comme la première machine-outil . [57] Les autres machines-outils comprenaient le tour à vis , la fraiseuse , le tour à tourelle et la raboteuse à métaux.. Les techniques d'usinage de précision ont été développées dans la première moitié du 19e siècle. Celles-ci comprenaient l'utilisation de gigs pour guider l'outil d'usinage sur le travail et les montages pour maintenir le travail dans la bonne position. Les machines-outils et les techniques d'usinage capables de produire des pièces interchangeables conduisent à une production en usine à grande échelle à la fin du 19e siècle. [58]

Le recensement américain de 1850 a répertorié pour la première fois la profession d '«ingénieur» avec un dénombrement de 2 000. [59] Il y avait moins de 50 diplômés en génie aux États-Unis avant 1865. En 1870, il y avait une douzaine de diplômés en génie mécanique aux États-Unis, ce nombre augmentant à 43 par an en 1875. En 1890, il y avait 6 000 ingénieurs en génie civil, minier , mécanique et électrique. [60]

Il n'y avait pas de chaire de mécanique appliquée et de mécanique appliquée à Cambridge jusqu'en 1875, et aucune chaire d'ingénierie à Oxford jusqu'en 1907. L'Allemagne a créé des universités techniques plus tôt. [61]

Les fondements de l'ingénierie électrique dans les années 1800 comprenaient les expériences d' Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm et d'autres et l'invention du télégraphe électrique en 1816 et du moteur électrique en 1872. Les travaux théoriques de James Maxwell (voir: les équations de Maxwell ) et Heinrich Hertz à la fin du 19e siècle a donné naissance au domaine de l' électronique . Les dernières inventions du tube à vide et du transistora encore accéléré le développement de l'électronique à tel point que les ingénieurs électriciens et électroniciens sont actuellement plus nombreux que leurs collègues de toute autre spécialité d'ingénierie. [5] Le génie chimique s'est développé à la fin du dix-neuvième siècle. [5] La fabrication à l'échelle industrielle exigeait de nouveaux matériaux et de nouveaux processus et en 1880, le besoin de production à grande échelle de produits chimiques était tel qu'une nouvelle industrie a été créée, dédiée au développement et à la fabrication à grande échelle de produits chimiques dans de nouvelles usines industrielles. [5] Le rôle de l'ingénieur chimiste était la conception de ces usines et procédés chimiques. [5]

Le four solaire d'Odeillo dans les Pyrénées-Orientales en France peut atteindre des températures allant jusqu'à 3500 ° C (6330 ° F)

L'ingénierie aéronautique traite de la conception de processus de conception d' aéronefs, tandis que l'ingénierie aérospatiale est un terme plus moderne qui élargit la portée de la discipline en incluant la conception d' engins spatiaux . Ses origines remontent aux pionniers de l'aviation au début du XXe siècle, bien que l'œuvre de Sir George Cayley ait récemment été datée de la dernière décennie du XVIIIe siècle. Les premières connaissances en génie aéronautique étaient en grande partie empiriques, certains concepts et compétences étant importés d'autres branches de l'ingénierie. [62]

Le premier doctorat en ingénierie (techniquement, sciences appliquées et ingénierie ) décerné aux États-Unis est allé à Josiah Willard Gibbs de l'Université de Yale en 1863; c'était aussi le deuxième doctorat décerné en sciences aux États-Unis [63]

Seulement une décennie après les vols réussis des frères Wright , il y avait un développement important de l'ingénierie aéronautique grâce au développement d'avions militaires qui ont été utilisés pendant la Première Guerre mondiale . Pendant ce temps, la recherche visant à fournir une science de base fondamentale s'est poursuivie en combinant la physique théorique avec des expériences.

Principales branches de l'ingénierie

Barrage Hoover

L'ingénierie est une vaste discipline souvent décomposée en plusieurs sous-disciplines. Bien qu'un ingénieur soit généralement formé dans une discipline spécifique, il peut devenir multidisciplinaire par l'expérience. L'ingénierie est souvent caractérisée comme ayant quatre branches principales: [64] [65] [66] génie chimique, génie civil, génie électrique et génie mécanique.

Ingénieur chimiste

Le génie chimique est l'application de principes de physique, de chimie, de biologie et d'ingénierie afin de réaliser des processus chimiques à une échelle commerciale, tels que la fabrication de produits chimiques de base , de spécialités chimiques , de raffinage du pétrole , de microfabrication , de fermentation et de production de biomolécules .

Travaux publics

Le génie civil est la conception et la construction d'ouvrages publics et privés, tels que les infrastructures (aéroports, routes, voies ferrées, alimentation en eau et traitement, etc.), ponts, tunnels, barrages et bâtiments. [67] [68] Le génie civil est traditionnellement divisé en un certain nombre de sous-disciplines, y compris l' ingénierie structurelle , l'ingénierie environnementale et l' arpentage . Il est traditionnellement considéré comme distinct du génie militaire . [69]

Ingénierie électrique

Moteur électrique

L'électrotechnique est la conception, l'étude et la fabrication de divers systèmes électriques et électroniques, tels que l' ingénierie de diffusion , les circuits électriques , les générateurs , les moteurs , les appareils électromagnétiques / électromécaniques , les appareils électroniques , les circuits électroniques , les fibres optiques , les appareils optoélectroniques , les systèmes informatiques , les télécommunications. , instrumentation , systèmes de contrôle et électronique .

Génie mécanique

Le génie mécanique est la conception et la fabrication de systèmes physiques ou mécaniques, tels que les systèmes d' alimentation et d' énergie , les produits aérospatiaux / aéronautiques , les systèmes d'armes , les produits de transport , les moteurs , les compresseurs , les groupes motopropulseurs , les chaînes cinématiques , la technologie du vide, les équipements d' isolation des vibrations , la fabrication , la robotique , turbines, équipements audio et mécatronique .

Ingénierie interdisciplinaire

L'ingénierie interdisciplinaire s'inspire de plus d'une des principales branches de la pratique. Historiquement, le génie naval et le génie minier étaient des branches importantes. D' autres domaines de l' ingénierie sont les techniques de production , l' ingénierie acoustique , l' ingénierie à la corrosion , l' instrumentation et le contrôle , l' aérospatiale , l' automobile , informatique , électronique , ingénierie de l' information , le pétrole , l' environnement , les systèmes , audio , logiciels ,architecture , agriculture , biosystèmes , biomédical , [70] géologique , textile , industriel , matériaux , [71] et génie nucléaire . [72] Ces branches d'ingénierie et d'autres sont représentées dans les 36 institutions membres agréées du UK Engineering Council .

De nouvelles spécialités se combinent parfois avec les domaines traditionnels et forment de nouvelles branches - par exemple, l' ingénierie et la gestion des systèmes terrestres impliquent un large éventail de domaines, notamment les études d'ingénierie , les sciences de l'environnement , l' éthique de l'ingénierie et la philosophie de l'ingénierie .

Autres branches de l'ingénierie

Génie aérospatial

Conception d'études d'ingénierie aérospatiale, fabrication d'avions, de satellites, de fusées, d'hélicoptères, etc. Il étudie de près la différence de pression et l'aérodynamique d'un véhicule pour assurer sécurité et efficacité. La plupart des études étant liées aux fluides, elle s'applique à tout véhicule en mouvement, comme les voitures.

Génie maritime

Le génie maritime est associé à tout ce qui se trouve sur l'océan ou à proximité. Les exemples sont, mais sans s'y limiter, les navires, les sous-marins, les plates-formes pétrolières, la structure, la propulsion des motomarines, la conception et le développement à bord, les usines, les ports, etc. Il nécessite une combinaison de connaissances en génie mécanique, génie électrique, génie civil et certaines capacités de programmation.

Ingénierie informatique

L'ingénierie informatique (CE) est une branche de l'ingénierie qui intègre plusieurs domaines de l'informatique et de l'ingénierie électronique nécessaires pour développer du matériel informatique et des logiciels . Les ingénieurs en informatique ont généralement une formation en génie électronique (ou génie électrique ), en conception de logiciels et en intégration matériel-logiciel au lieu de se limiter au génie logiciel ou à l'ingénierie électronique.

S'entraîner

Celui qui ingénierie des pratiques est appelé un ingénieur , et celles qui sont autorisées à le faire peut avoir des désignations plus formelles telles que ingénieur , ingénieur agréé , ingénieur Incorporated , Ingénieur , Ingénieur Européen , ou représentant désigné génie .

Méthodologie

La conception d'une turbine nécessite la collaboration d'ingénieurs de nombreux domaines, car le système implique des processus mécaniques, électromagnétiques et chimiques. Les pales , le rotor et le stator ainsi que le cycle de vapeur doivent tous être soigneusement conçus et optimisés.

Dans le processus de conception technique , les ingénieurs appliquent les mathématiques et les sciences telles que la physique pour trouver de nouvelles solutions à des problèmes ou pour améliorer des solutions existantes. Les ingénieurs ont besoin de connaissances approfondies des sciences pertinentes pour leurs projets de conception. En conséquence, de nombreux ingénieurs continuent d'apprendre de nouvelles matières tout au long de leur carrière.

Si plusieurs solutions existent, les ingénieurs évaluent chaque choix de conception en fonction de leur mérite et choisissent la solution qui correspond le mieux aux exigences. La tâche de l'ingénieur est d'identifier, de comprendre et d'interpréter les contraintes sur une conception afin de produire un résultat réussi. Il est généralement insuffisant pour construire un produit techniquement réussi, mais il doit également répondre à d'autres exigences.

Les contraintes peuvent inclure les ressources disponibles, les limitations physiques, imaginatives ou techniques, la flexibilité pour les modifications et ajouts futurs, et d'autres facteurs, tels que les exigences en matière de coût, de sécurité , de commercialisation, de productivité et de facilité d'entretien . En comprenant les contraintes, les ingénieurs établissent des spécifications pour les limites dans lesquelles un objet ou un système viable peut être produit et utilisé.

Résolution de problème

Un dessin pour un moteur d'appoint pour locomotives à vapeur . L'ingénierie est appliquée à la conception , en mettant l'accent sur la fonction et l'utilisation des mathématiques et des sciences.

Les ingénieurs utilisent leurs connaissances en sciences , mathématiques , logique , économie et expérience appropriée ou connaissances tacites pour trouver des solutions appropriées à un problème. Créer un modèle mathématique approprié d'un problème leur permet souvent de l'analyser (parfois définitivement) et de tester des solutions potentielles. [73]

Habituellement, plusieurs solutions raisonnables existent, les ingénieurs doivent donc évaluer les différents choix de conception en fonction de leurs mérites et choisir la solution qui répond le mieux à leurs besoins. Genrich Altshuller , après avoir rassemblé des statistiques sur un grand nombre de brevets , a suggéré que les compromis sont au cœur des conceptions techniques «de bas niveau », tandis qu'à un niveau supérieur, la meilleure conception est celle qui élimine la contradiction fondamentale à l'origine du problème. [74]

Les ingénieurs tentent généralement de prédire dans quelle mesure leurs conceptions répondront à leurs spécifications avant la production à grande échelle. Ils utilisent, entre autres: prototypes , maquettes , simulations , essais destructifs , essais non destructifs , et des tests de stress . Les tests garantissent que les produits fonctionneront comme prévu. [75]

Les ingénieurs assument la responsabilité de produire des conceptions qui fonctionneront aussi bien que prévu et ne causeront pas de préjudice involontaire au grand public. Les ingénieurs incluent généralement un facteur de sécurité dans leurs conceptions pour réduire le risque de défaillance inattendue.

L'étude des produits défectueux est connue sous le nom d' ingénierie médico-légale et peut aider le concepteur de produit à évaluer sa conception à la lumière des conditions réelles. La discipline est de la plus grande valeur après des catastrophes, telles que des effondrements de ponts , lorsqu'une analyse minutieuse est nécessaire pour établir la ou les causes de l'échec. [76]

Utilisation informatique

Une simulation par ordinateur d'un flux d'air à grande vitesse autour d'un orbiteur de la navette spatiale pendant la rentrée. Les solutions à l'écoulement nécessitent une modélisation des effets combinés de l'écoulement des fluides et des équations thermiques .

Comme pour toutes les entreprises scientifiques et technologiques modernes, les ordinateurs et les logiciels jouent un rôle de plus en plus important. Outre les logiciels d'application d' entreprise classiques , il existe un certain nombre d'applications assistées par ordinateur ( technologies assistées par ordinateur ) spécifiquement destinées à l'ingénierie. Les ordinateurs peuvent être utilisés pour générer des modèles de processus physiques fondamentaux, qui peuvent être résolus à l'aide de méthodes numériques .

Représentation graphique d'une infime fraction du WWW, démontrant des hyperliens

L'un des outils de conception les plus utilisés dans la profession est le logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO). Il permet aux ingénieurs de créer des modèles 3D, des dessins 2D et des schémas de leurs conceptions. La CAO, la maquette numérique (DMU) et les logiciels IAO tels que l' analyse de la méthode par éléments finis ou la méthode des éléments analytiques permettent aux ingénieurs de créer des modèles de conceptions qui peuvent être analysés sans avoir à réaliser des prototypes physiques coûteux et chronophages.

Ceux-ci permettent de vérifier les produits et composants pour les défauts; évaluer l'ajustement et l'assemblage; étudier l'ergonomie; et pour analyser les caractéristiques statiques et dynamiques des systèmes telles que les contraintes, les températures, les émissions électromagnétiques, les courants et tensions électriques, les niveaux logiques numériques, les écoulements de fluides et la cinématique. L'accès et la diffusion de toutes ces informations sont généralement organisés avec l'utilisation d' un logiciel de gestion des données produits . [77]

Il existe également de nombreux outils pour prendre en charge des tâches d'ingénierie spécifiques telles que les logiciels de fabrication assistée par ordinateur (FAO) pour générer des instructions d'usinage CNC ; logiciels de gestion de processus de fabrication pour l'ingénierie de production; EDA pour cartes de circuits imprimés (PCB) et schémas de circuits pour les ingénieurs en électronique; Applications MRO pour la gestion de la maintenance; et logiciel d'architecture, d'ingénierie et de construction (AEC) pour le génie civil.

Ces dernières années, l'utilisation de logiciels informatiques pour aider au développement de produits est devenue collectivement connue sous le nom de gestion du cycle de vie des produits (PLM). [78]

Contexte social

Robotic Kismet peut produire une gamme d'expressions faciales.

La profession d'ingénieur s'engage dans un large éventail d'activités, de la grande collaboration au niveau sociétal, aux petits projets individuels. Presque tous les projets d'ingénierie sont soumis à une sorte d'agence de financement: une entreprise, un ensemble d'investisseurs ou un gouvernement. Les quelques types d'ingénierie qui sont minimalement limités par de tels problèmes sont l' ingénierie pro bono et l'ingénierie à conception ouverte .

De par sa nature, l'ingénierie a des interconnexions avec la société, la culture et le comportement humain. Chaque produit ou construction utilisé par la société moderne est influencé par l'ingénierie. Les résultats de l'activité d'ingénierie influencent les changements dans l'environnement, la société et les économies, et son application entraîne une responsabilité et la sécurité publique.

Les projets d'ingénierie peuvent être sujets à controverse. Des exemples de différentes disciplines de l'ingénierie comprennent le développement d' armes nucléaires , le barrage des Trois Gorges , la conception et l'utilisation de véhicules utilitaires sport et l'extraction de pétrole . En réponse, certaines sociétés d'ingénierie occidentales ont adopté de sérieuses politiques de responsabilité sociale et d'entreprise .

L'ingénierie est un moteur clé de l'innovation et du développement humain. L'Afrique subsaharienne, en particulier, a une très faible capacité d'ingénierie qui empêche de nombreux pays africains de développer des infrastructures cruciales sans aide extérieure. [la citation nécessaire ] La réalisation de plusieurs des Objectifs de Développement du Millénaire nécessite la réalisation d'une capacité d'ingénierie suffisante pour développer l'infrastructure et le développement technologique durable. [79]

Radar, GPS , lidar , ... sont tous combinés pour assurer une bonne navigation et éviter les obstacles (véhicule développé pour 2007 DARPA Urban Challenge )

Toutes les ONG de développement et de secours à l'étranger font largement appel à des ingénieurs pour appliquer des solutions dans des scénarios de catastrophe et de développement. Un certain nombre d'organisations caritatives visent à utiliser l'ingénierie directement pour le bien de l'humanité:

  • Ingénieurs sans frontières
  • Ingénieurs contre la pauvreté
  • Ingénieurs agréés pour les secours en cas de catastrophe
  • Ingénieurs pour un monde durable
  • Ingénierie pour le changement
  • Engineering Ministries International [80]

Les sociétés d'ingénierie dans de nombreuses économies établies sont confrontées à des défis importants en ce qui concerne le nombre d'ingénieurs professionnels formés, par rapport au nombre de départs à la retraite. Ce problème est très important au Royaume-Uni où l'ingénierie a une mauvaise image et un faible statut. [81] Cela peut entraîner de nombreux problèmes économiques et politiques négatifs, ainsi que des problèmes éthiques. [82] Il est largement admis que la profession d'ingénieur fait face à une "crise d'image", [83] plutôt que d'être fondamentalement une carrière peu attrayante. Beaucoup de travail est nécessaire pour éviter d'énormes problèmes au Royaume-Uni et dans d'autres économies occidentales.

Code d'éthique

De nombreuses sociétés d'ingénierie ont établi des codes de pratique et des codes d'éthique pour guider leurs membres et informer le grand public. Le code d'éthique de la Société nationale des ingénieurs professionnels stipule:

L'ingénierie est une profession importante et savante. En tant que membres de cette profession, les ingénieurs doivent faire preuve des plus hauts standards d'honnêteté et d'intégrité. L'ingénierie a un impact direct et vital sur la qualité de vie de tous. En conséquence, les services fournis par les ingénieurs exigent honnêteté, impartialité, justice et équité, et doivent être dédiés à la protection de la santé publique, de la sécurité et du bien-être. Les ingénieurs doivent fonctionner selon une norme de comportement professionnel qui exige le respect des principes les plus élevés de conduite éthique. [84]

Au Canada, de nombreux ingénieurs portent l' anneau de fer comme symbole et rappel des obligations et de l'éthique associées à leur profession. [85]

Relations avec d'autres disciplines

Science

Les scientifiques étudient le monde tel qu'il est; les ingénieurs créent le monde qui n'a jamais été.

-  Theodore von Kármán [86] [87] [88]
Ingénieurs, scientifiques et techniciens au travail sur le positionneur de cible à l' intérieur de la chambre cible de la National Ignition Facility (NIF)

Il existe un chevauchement entre les sciences et la pratique du génie; en ingénierie, on applique la science. Les deux domaines d'activité reposent sur une observation précise des matériaux et des phénomènes. Les deux utilisent des critères mathématiques et de classification pour analyser et communiquer les observations. [ citation nécessaire ]

Les scientifiques peuvent également avoir à effectuer des tâches d'ingénierie, telles que la conception d'appareils expérimentaux ou la construction de prototypes. À l'inverse, dans le processus de développement des technologies, les ingénieurs se retrouvent parfois à explorer de nouveaux phénomènes, devenant ainsi, pour le moment, des scientifiques ou plus précisément des «ingénieurs». [ citation nécessaire ]

La Station spatiale internationale est utilisée pour mener des expériences scientifiques sur l'espace extra-atmosphérique

Dans le livre Ce que les ingénieurs savoir et comment ils le savent , [89] Walter Vincenti affirme que la recherche en génie a un autre caractère de celui de la recherche scientifique. Premièrement, il traite souvent de domaines dans lesquels les bases de la physique ou de la chimie sont bien comprises, mais les problèmes eux-mêmes sont trop complexes pour être résolus de manière exacte.

Il existe une différence «réelle et importante» entre l'ingénierie et la physique, comme tout domaine scientifique a à voir avec la technologie. [90] [91] La physique est une science exploratoire qui recherche la connaissance des principes tandis que l'ingénierie utilise la connaissance pour des applications pratiques des principes. Le premier assimile une compréhension à un principe mathématique tandis que le second mesure les variables impliquées et crée la technologie. [92] [93] [94] Pour la technologie, la physique est un auxiliaire et, d'une certaine manière, la technologie est considérée comme de la physique appliquée. [95] Bien que la physique et le génie soient interdépendants, cela ne signifie pas qu'un physicien est formé pour faire le travail d'un ingénieur. Un physicien aurait généralement besoin d'une formation supplémentaire et pertinente.[96] Les physiciens et les ingénieurs s'engagent dans différentes lignes de travail. [97] Mais les physiciens de PhD qui se spécialisent dans les secteurs de la physique de génie et de la physique appliquée sont intitulés comme officier de technologie, ingénieurs de R & D et ingénieurs de système. [98]

Un exemple de ceci est l'utilisation d'approximations numériques des équations de Navier – Stokes pour décrire l'écoulement aérodynamique au-dessus d'un avion, ou l'utilisation de la méthode des éléments finis pour calculer les contraintes dans des composants complexes. Deuxièmement, la recherche en ingénierie emploie de nombreuses méthodes semi- empiriques qui sont étrangères à la recherche scientifique pure, un exemple étant la méthode de variation des paramètres. [ citation nécessaire ]

Comme indiqué par Fung et al. dans la révision du texte d'ingénierie classique Fondations de la mécanique des solides :

L'ingénierie est assez différente de la science. Les scientifiques essaient de comprendre la nature. Les ingénieurs essaient de fabriquer des choses qui n'existent pas dans la nature. Les ingénieurs mettent l'accent sur l'innovation et l'invention. Pour incarner une invention, l'ingénieur doit mettre son idée en termes concrets et concevoir quelque chose que les gens peuvent utiliser. Ce quelque chose peut être un système complexe, un appareil, un gadget, un matériau, une méthode, un programme informatique, une expérience innovante, une nouvelle solution à un problème ou une amélioration de ce qui existe déjà. Puisqu'une conception doit être réaliste et fonctionnelle, sa géométrie, ses dimensions et ses caractéristiques doivent être définies. Dans le passé, les ingénieurs travaillant sur de nouvelles conceptions ont constaté qu'ils ne disposaient pas de toutes les informations nécessaires pour prendre des décisions de conception. Le plus souvent, ils étaient limités par des connaissances scientifiques insuffisantes. Ainsi ils ont étudié les mathématiques, la physique,chimie, biologie et mécanique. Souvent, ils devaient ajouter des sciences pertinentes à leur profession. Ainsi sont nées les sciences de l'ingénieur.[99]

Bien que les solutions d'ingénierie utilisent des principes scientifiques, les ingénieurs doivent également prendre en compte la sécurité, l'efficacité, l'économie, la fiabilité et la constructibilité ou la facilité de fabrication ainsi que l'environnement, les considérations éthiques et juridiques telles que la violation de brevet ou la responsabilité en cas de défaillance. de la solution. [100]

Médecine et biologie

Un scanner IRM clinique 3 tesla .

L'étude du corps humain, bien que dans des directions différentes et à des fins différentes, est un lien commun important entre la médecine et certaines disciplines de l'ingénierie. La médecine vise à maintenir, réparer, améliorer et même remplacer les fonctions du corps humain , si nécessaire, grâce à l'utilisation de la technologie .

Souris génétiquement modifiées exprimant une protéine fluorescente verte , qui brille en vert sous la lumière bleue. La souris centrale est de type sauvage .

La médecine moderne peut remplacer plusieurs fonctions du corps grâce à l'utilisation d'organes artificiels et peut modifier considérablement la fonction du corps humain grâce à des dispositifs artificiels tels que, par exemple, des implants cérébraux et des stimulateurs cardiaques . [101] [102] Les domaines de la bionique et de la bionique médicale sont consacrés à l'étude des implants synthétiques appartenant aux systèmes naturels.

À l'inverse, certaines disciplines de l'ingénierie considèrent le corps humain comme une machine biologique qui mérite d'être étudiée et se consacrent à imiter bon nombre de ses fonctions en remplaçant la biologie par la technologie. Cela a conduit à des domaines tels que l' intelligence artificielle , les réseaux de neurones , la logique floue et la robotique . Il existe également d'importantes interactions interdisciplinaires entre l'ingénierie et la médecine. [103] [104]

Les deux domaines fournissent des solutions aux problèmes du monde réel. Cela nécessite souvent d'aller de l'avant avant que les phénomènes ne soient complètement compris dans un sens scientifique plus rigoureux et, par conséquent, l'expérimentation et la connaissance empirique font partie intégrante des deux.

La médecine, en partie, étudie la fonction du corps humain. Le corps humain, en tant que machine biologique, a de nombreuses fonctions qui peuvent être modélisées à l'aide de méthodes d'ingénierie. [105]

Le cœur, par exemple, fonctionne un peu comme une pompe, [106] le squelette est comme une structure liée avec des leviers, [107] le cerveau produit des signaux électriques, etc. [108] Ces similitudes ainsi que l'importance croissante et l'application des principes d'ingénierie dans médecine, a conduit au développement du domaine du génie biomédical qui utilise des concepts développés dans les deux disciplines.

De nouvelles branches scientifiques émergentes, telles que la biologie des systèmes , adaptent les outils analytiques traditionnellement utilisés pour l'ingénierie, tels que la modélisation des systèmes et l'analyse computationnelle, à la description des systèmes biologiques. [105]

Art

Léonard de Vinci , vu ici dans un autoportrait, a été décrit comme la quintessence de l'artiste / ingénieur. [109] Il est également connu pour ses études sur l'anatomie et la physiologie humaines .

Il existe des liens entre l' ingénierie et de l' art, par exemple, l' architecture , l' architecture de paysage et design industriel (même dans la mesure où ces disciplines peuvent parfois être inclus dans une université de la Faculté de génie). [110] [111] [112]

L ' Art Institute of Chicago , par exemple, a organisé une exposition sur l' art de la conception aérospatiale de la NASA . [113] La conception du pont de Robert Maillart est perçue par certains comme délibérément artistique. [114] À l' Université de Floride du Sud , un professeur d'ingénierie, grâce à une subvention de la National Science Foundation , a développé un cours qui relie l'art et l'ingénierie. [110] [115]

Parmi les personnages historiques célèbres, Léonard de Vinci est un artiste et ingénieur bien connu de la Renaissance , et un excellent exemple du lien entre l'art et l'ingénierie. [109] [116]

Entreprise

L'ingénierie commerciale traite de la relation entre l'ingénierie professionnelle, les systèmes informatiques, l'administration des affaires et la gestion du changement . La gestion de l'ingénierie ou «ingénierie de gestion» est un domaine spécialisé de gestion concerné par la pratique de l'ingénierie ou le secteur de l'industrie de l'ingénierie. La demande d'ingénieurs axés sur la gestion (ou, dans la perspective opposée, de gestionnaires ayant une compréhension de l'ingénierie), a entraîné le développement de diplômes spécialisés en gestion de l'ingénierie qui développent les connaissances et les compétences nécessaires pour ces rôles. Au cours d'un cours de gestion de l'ingénierie, les étudiants développeront l'ingénierie industriellecompétences, connaissances et expertise, ainsi que connaissance de l'administration des affaires, des techniques de gestion et de la réflexion stratégique. Les ingénieurs spécialisés dans la gestion du changement doivent avoir une connaissance approfondie de l'application des principes et méthodes de la psychologie industrielle et organisationnelle . Les ingénieurs professionnels se forment souvent en tant que consultants en gestion certifiés dans le domaine très spécialisé du conseil en gestion appliqué à la pratique de l'ingénierie ou au secteur de l'ingénierie. Ce travail traite souvent de la transformation complexe de l' entreprise à grande échelle ou de la gestion des processus métierinitiatives dans les domaines de l'aérospatiale et de la défense, de l'automobile, du pétrole et du gaz, des machines, des produits pharmaceutiques, de l'alimentation et des boissons, de l'électricité et de l'électronique, de la distribution et de la production d'énergie, des services publics et des systèmes de transport. Cette combinaison de pratique d'ingénierie technique, de pratique de conseil en gestion, de connaissances du secteur industriel et d'expertise en gestion du changement permet aux ingénieurs professionnels qui sont également qualifiés en tant que consultants en gestion de mener des initiatives majeures de transformation d'entreprise. Ces initiatives sont généralement parrainées par des cadres supérieurs.

Autres domaines

En science politique , le terme ingénierie a été emprunté pour l'étude des sujets de l'ingénierie sociale et de l'ingénierie politique , qui traitent de la formation de structures politiques et sociales en utilisant une méthodologie d'ingénierie associée à des principes de science politique . L'ingénierie marketing et l'ingénierie financière ont également emprunté le terme.

Voir également

Listes
  • Société d'ingénierie
  • Liste des sujets d'ingénierie aérospatiale
  • Liste des sujets de base en génie chimique
  • Liste des sujets de génie électrique
  • Liste des sujets d'ingénierie
  • Liste des ingénieurs
  • Liste des sujets de génie génétique
  • Liste des sujets de génie mécanique
  • Liste des sujets de nano-ingénierie
  • Liste des sujets de génie logiciel
Glossaires
  • Glossaire des domaines des mathématiques
  • Glossaire de biologie
  • Glossaire de chimie
  • Glossaire de l'ingénierie
  • Glossaire de physique
Sujets connexes
  • Controverses sur le terme Ingénieur
  • Conception
  • Génie parasismique
  • Ingénieur
  • Économie de l'ingénierie
  • Formation en ingénierie
  • Recherche sur l'enseignement de l'ingénierie
  • Ingénieurs sans frontières
  • Ingénierie médico-légale
  • Formation en ingénierie globale
  • Design industriel
  • Infrastructure
  • Mathématiques
  • Matériel open-source
  • Obsolescence planifiée
  • Ingénierie inverse
  • Science
  • Rupture structurelle
  • Ingénierie durable
  • La technologie
  • Femmes en génie

Les références

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Lectures complémentaires

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  • Madhavan, Guru (2015). Esprit appliqué: comment pensent les ingénieurs . WW Norton.
  • Petroski, Henry (31 mars 1992). Ingénieur est humain: le rôle de l'échec dans une conception réussie . Vintage. ISBN 978-0-679-73416-1.
  • Lord, Charles R. (15 août 2000). Guide des sources d'information en ingénierie . Bibliothèques illimitées. doi : 10.1336 / 1563086999 . ISBN 978-1-56308-699-1.
  • Vincenti, Walter G. (1er février 1993). Ce que les ingénieurs savent et comment ils le savent: études analytiques issues de l'histoire aéronautique . La presse universitaire Johns Hopkins. ISBN 978-0-8018-4588-8.

Liens externes

  • La définition du dictionnaire de l' ingénierie chez Wiktionary
  • Matériel d'apprentissage lié à l' ingénierie à Wikiversity
  • Citations liées à l' ingénierie chez Wikiquote
  • Ingénierie à l' Encyclopædia Britannica