Sciences de l'ingénieur

Comment un robot déplace-t-il son bras avec précision ? Comment concevoir un mécanisme qui résiste aux efforts ?

Ces questions ont un point commun : elles demandent de comprendre des systèmes technologiques, de mobiliser des connaissances scientifiques et de trouver des solutions à des problèmes concrets. C'est le domaine des sciences de l'ingénieur (SI).

En PTSI/PT, cette discipline occupe une place importante. On y fait des mathématiques, de la physique, de la mécanique, de l'informatique et de la technologie, mais surtout, on apprend à les associer pour résoudre des problèmes d'ingénierie.

Et si vous n'avez jamais fait de SI au lycée, ce n'est pas un problème.

À quoi sert la SI ?

À former des ingénieurs capables de comprendre un problème nouveau et de proposer une solution qui tienne compte de contraintes techniques, économiques et environnementales. Ces compétences servent partout : transports (automobile, ferroviaire, aéronautique, spatial), robotique, production industrielle, énergie, santé, infrastructures, transition énergétique…

La SI, qu'est-ce que c'est ?

La plupart des objets qui nous entourent sont des systèmes complexes : ils associent des pièces mécaniques, des moteurs, des capteurs, de l'électronique, une commande et des logiciels. Une voiture, un ascenseur, un drone ou un robot en sont des exemples. La SI cherche à répondre à quelques grandes questions, que l'on illustre ici sur un exemple : la direction assistée d'une voiture.

La questionExemple d'une direction assistée

À quoi sert-il ? Comment fonctionne‑t‑il ? Quel besoin, quels constituants ?

Aider le conducteur à tourner le volant. On identifie ses éléments : volant, colonne de direction, capteur de couple, moteur électrique, réducteur, crémaillère…

Comment se comporte‑t‑il ? Quels mouvements, quels efforts, quelle énergie ?

Schématiser le mécanisme, faire des hypothèses (liaisons parfaites, frottements négligés…) et modéliser la transmission du mouvement du volant aux roues, et les efforts subis.

Peut‑on prévoir son comportement ? Par un modèle mathématique et des simulations.

Calculer le couple que doit fournir le moteur, simuler l'assistance selon les conditions de conduite, puis vérifier par l'expérience les performances attendues.

Comment le concevoir et le fabriquer ? Choisir, dimensionner, réaliser.

La dimension technologique, très présente en PTSI/PT : forme et matériau de chaque pièce, procédé de fabrication (usinage, moulage…), composants standards (roulements, engrenages, vis…), assemblage.

Une seule étude fait ainsi intervenir mécanique, technologie, électricité, automatique, informatique et mathématiques. Il ne s'agit pas seulement de découvrir des machines, mais de développer une démarche scientifique pour passer d'un besoin à une solution technique.

Que fait-on concrètement ?

  1. Analyser des systèmes réelsObserver un système, comprendre sa fonction, identifier ses constituants, lire des documents techniques : on découvre le langage du monde industriel.
  2. Modéliser pour comprendre et prévoirReprésenter les mouvements, les efforts, le comportement électrique ou l'évolution d'une grandeur, par des schémas, des équations ou des modèles informatiques.
  3. Calculer et dimensionnerChoisir un moteur, dimensionner un axe, vérifier qu'un mécanisme supporte les efforts : il faut calculer et justifier ses choix.
  4. ExpérimenterMesurer, tester des hypothèses et comparer aux prévisions. Les écarts sont intéressants : ils obligent à interroger les hypothèses et les limites du modèle.

  5. Le dessin en PTSI/PT

    Dessin industriel
    Concevoir et réaliserImaginer une solution répondant à un cahier des charges : choisir des composants, représenter un mécanisme, dessiner les formes précises, dimensionner des pièces, réfléchir aux matériaux et aux procédés de fabrication, et parfois aller jusqu'au prototype.

En SI, le réel et le modèle se complètent : on observe pour comprendre, on modélise pour prévoir, on expérimente pour vérifier.

Les domaines étudiés

Programmes officiels

SI PTSI SI PTSI-PT
MécaniqueMouvements (cinématique), efforts (statique, dynamique), résistance des matériaux, transmissions. Par exemple : comprendre une boîte de vitesses, dimensionner un axe.
AutomatiqueCapteurs, actionneurs, moteurs électriques, systèmes asservis et leurs performances (précision, rapidité, stabilité). Par exemple : faire suivre une trajectoire à un robot.
ÉnergieComment un système reçoit, transforme et transmet l'énergie, d'un véhicule électrique à une pompe.
TechnologieComposants (roulements, engrenages, liaisons, vérins…), matériaux, procédés de fabrication, documents techniques (schémas, croquis, dessins).
InformatiqueConception 3D, simulation, traitement des mesures et programmation des cartes de commande.

Comment travaille-t-on ?

Les cours apportent les connaissances et les méthodes ; les TD les mettent en œuvre sur des problèmes concrets ; les TP occupent une place importante. On y travaille sur des systèmes réels ou des maquettes instrumentées : observer un mécanisme, mesurer une vitesse ou un effort, tester une commande. L'objectif n'est pas seulement de manipuler, mais de préparer les expériences, exploiter les résultats et les confronter aux modèles.

Les logiciels de conception et de simulation permettent de représenter les pièces, d'assembler les mécanismes et d'étudier leur comportement. Ils complètent les études analytiques et expérimentales.

Salle de TP Salle de TP Salle de TP Salle de TP Salle de TP Salle ressources/bricolage Salle ressources/bricolage Soudage électronique nos machines d'usinage Découverte du tournage Lecteurs de CD asservis Démonstration de Soudage Machine à mesurer tridimensionnelle Métrologie étude statique d'une fixation de ski de randonnée étude statique d'une fixation de ski de randonnée Imprimantes 3D Moulage au sable Moulage au sable Moulage au sable

Ce que la SI a de plus en PTSI/PT

Toutes les prépas scientifiques font de la SI, mais c'est en PTSI/PT qu'elle va le plus loin :

Jamais fait de SI ? Le soutien est là pour ça

Soutien SI 2 heures de plus par semaine en 1re année

Il n'est pas nécessaire d'avoir déjà étudié des mécanismes, programmé une carte électronique, utilisé un logiciel de conception ou fabriqué des objets : nous repartons à zéro, tout est enseigné progressivement.

Les élèves qui n'ont pas suivi la spécialité SI en terminale ont 2 heures de soutien par semaine en 1re année : surtout des travaux pratiques et des séances de synthèse, pour acquérir les bases technologiques. Les anciens de SI y participent aussi : ils approfondissent et partagent leur expérience. En 2e année, tout le monde a atteint le même niveau.

Témoignages

Pierre Katia Marin

Quelles qualités pour réussir ?

Il n'existe pas de profil unique : nul besoin d'être passionné de mécanique depuis l'enfance ou d'avoir un atelier chez soi. Certaines qualités aident beaucoup :

Rigueur mathématiqueaimer raisonner juste, être précis dans ses calculs Goût du concretaimer manipuler, comprendre comment fonctionnent les objets Sens de l'abstractionaimer relier le monde réel aux équations Esprit d'analysene pas se laisser impressionner par un système complexe, savoir aller à l'essentiel

Apprendre en réalisant des projets

Les heures de soutien sont aussi l'occasion de mener des projets concrets : réparer ou améliorer une machine, concevoir et fabriquer une pièce, réaliser un montage électronique, ajouter un capteur, programmer une carte de commande, concevoir un dispositif automatisé…

Un projet particulièrement fédérateur : concevoir en équipe des véhicules robotisés qui s'affrontent en fin d'année lors d'épreuves de vitesse et de lutte. Conception, fabrication, soudage, électronique, programmation, essais… et surtout faire avancer un projet collectivement, une dimension essentielle du métier d'ingénieur.

Combat de robots Combat de robots Combat de robots Combat de robots Combat de robots Combat de robots Arrosage automatique Usinage sur tour conventionnel Etude cinématique d'une pince de robot Etude cinématique d'une pince de robot Câblage de vérins pneumatiques (distributeurs, contacteurs ...) propriétés des matériaux métalliques Etude des procédés d'obtention des plastiques Etude d'un sécateur pneumatique Etude des systèmes bielle-manivelle Pilotage d'automate Pilotage d'automate

Une partie de nos supports de TP

Au lycée Lachenal, nous disposons de nombreux supports : direction assistée, bras automatisé, cheville du robot NAO, suspension de moto, plateforme asservie, vélo à assistance électrique, pompes, bancs de traction et de flexion, machines de mesure tridimensionnelle, machines d'usinage à commande numérique, imprimantes 3D…

robot à câbles Bras automatisé : Maxpid Cheville motorisée du robot NAO Cheville motorisée du robot NAO Maquette reproduisant une suspension arrière de Moto Banc de traction / flexion Direction assistée de voiture Capsuleuse de bocaux. Pompe doseuse volumétrique Boite de vitesse de Moto Ninja. Support du concours SI-B 2006 Porte de péage Banc de montage et de chargement de roulements à billes Banc d'étude de l'équilibrage en rotation Plateforme asservie par 6 vérins électriques Portail automatisé Tour à Commande Numérique Fraiseuse à Commande Numérique Réducteur à vis sans fin Accouplements : cardans, tripode, Oldham, flexible ... Pompe à engrenage Winch de Marine Etude d'un boitier roue + crémaillère Métrologie, colonne de mesure Métrologie tridimensionnelle Machine à mesurer tridimensionnelle, Mitutoyo Fraisage Pompe à pistons axiaux Tournage Prototypage rapide Vélo à assistance électrique Cordeuse de raquette banc d'essai d'un galet freineur Montages d'usinage Réalisation de moules et Fonderie Chariot filoguidé Berceur pour bébé Robots haptiques (retour d'efforts) Nacelle de prises de vues aériennes Asservissement de position linéaire Etude des circuits pneumatiques Trieuse séquentielle de boites

Nos élèves apprennent à lire des "dessins techniques", qui restent des documents industriels très actuels. C'est un réel atout qu'auront nos élèves dans leur future carrière. Heureusement, il ne s'agit plus de produire ces dessins à l'ancienne (sur planche à dessin, à l'encre) !

Nous faisons de nombreux dessins à la main, cela reste une solution rapide, riche et claire pour communiquer et concevoir. L'idée est d'exprimer ses idées sous forme de croquis, de perspectives, ou bien à "règle levée" pour produire des dessins techniques (de complexité réduite).

N'ayez pas peur du dessin, il y a un vrai plaisir manuel à savoir esquisser et dessiner, qui tranche et repose des activités calculatoires. Le problème est plutôt d'avoir des idées et une culture technologique suffisante pour savoir quelles formes et quels assemblages entre pièces seront résistants, fabricables ...

Aux concours, ces activités de conception graphique sont évaluées dans une épreuve écrite de 3 h (Sciences industrielles C).

Pierre Chauvet, sorti en 2026, intégré à CentraleSupélec

Je n'avais jamais fait de SI au lycée, mais j'ai toujours eu un goût prononcé pour la technologie, ce qui a été une motivation forte pour m'orienter en classe de PT.

J'avoue que les débuts ont été sportifs : entre les premiers schémas cinématiques et les premières colles, cela n'a pas été simple. Mais à force de travail, j'ai réussi à vite combler mon retard (1 ou 2 mois), au point de finir par majorer la SI au concours. Comme quoi, tout est possible ! Ne pas avoir fait de SI au lycée ne doit donc en aucun cas être un frein pour venir en PT ; au contraire, si vous êtes curieux de découvrir une nouvelle matière, la PT est faite pour vous.

Ce qui m'a particulièrement séduit, c'est le côté concret de la matière. En contraste avec l'abstraction des mathématiques, c'est très satisfaisant d'étudier des systèmes de la vie quotidienne et de manipuler des choses utiles « pour de vrai » (cordeuse, direction assistée, robot à câbles, bras robotisé…). J'ai d'ailleurs adoré les projets de conception en spé ! En SI, malgré quelques cours assez calculatoires, nous avons des chapitres d'usinage où l'on pratique énormément : on apprend à usiner nous-mêmes nos pièces (fraise, tour, moulage au sable…).

Au lycée Lachenal, nous avons la chance de visiter plusieurs usines dans l'année pour voir les applications concrètes de nos cours (usinage, traitement thermique). De plus, notre salle de TP dispose d'énormément de machines qui nous permettent d'acquérir une culture technologique élevée afin de bien préparer les concours. D'ailleurs, pour ceux qui partent de loin comme moi, on dispose également de cours de soutien de 2 h en SI par semaine en début d'année, ce qui permet de vite s'améliorer.

En résumé, la SI, c'est trouver des solutions concrètes à des problèmes concrets.

Katia Valishin-Bougeon, sortie en 2026, intégrée aux Arts et Métiers

Je veux faire de la SI depuis la 3e. Ce qui me plaisait dans l'ingénierie, c'était de pouvoir utiliser mes connaissances techniques, notamment en mécanique et en électrotechnique, pour créer des choses utiles (avec un kit Arduino, par exemple). J'ai donc choisi l'option découverte SI en 2de, et j'adorais rester après les cours pour faire des projets avec mon professeur de SI. Malheureusement, je n'ai pas pu prendre la spécialité SI en 1re. La PTSI s'est tout de même imposée comme un projet évident pour mes études supérieures.

Pour choisir ma prépa, le matériel de TP et les ateliers ont été un critère majeur. Je me rappelle, lors de ma première visite à Lachenal, être arrivée dans le bâtiment des prépas et avoir été ravie de voir tout le matériel qu'il y avait. Par comparaison avec les quelques PT parisiennes que j'avais vues avant, je savais que Lachenal me conviendrait mieux.

En SI, en PT, on apprend tellement de manières d'étudier un système, aussi bien avec des formules qu'avec des dessins techniques. Et on a sans cesse l'occasion de les appliquer à des systèmes qui existent, que ce soit en exercice ou en TP. Même s'il était parfois difficile de maîtriser toutes les notions dans le court laps de temps entre la découverte du cours et le DS, j'ai eu des notes assez satisfaisantes au concours.

C'est toujours par passion pour la SI que j'ai choisi les Arts et Métiers après la prépa : contrairement à beaucoup d'autres écoles, l'ENSAM propose des cours sur les procédés de fabrication et beaucoup de TP, et j'adore cette approche très appliquée.

Marin Thibierge, sorti en 2026, intégré à l'ENS Paris-Saclay

Pour ma part je n’avais pas fait de SI au lycée. En terminale, j’aimais beaucoup la mécanique qu’on faisait en physique et je trouve que ce qui s’en rapproche le plus en prépa c’est bien la SI et non pas la physique qui est plus abstraite (électromagnétisme, optique…). Après quelques mois d’adaptation, la SI est devenue ma matière préférée en prépa et j’y ai obtenu de très bonnes notes. La matière étant plus concrète et les cours plus légers, on peut avoir de très bonnes notes en travaillant peu en dehors des cours contrairement aux maths ou à la physique.

Certains peuvent avoir peur de l’aspect techno et ce n’était pas ma partie préférée non plus. Néanmoins ça reste abordable et ce n’est pas forcément la partie la plus importante en coefficients.

Par ailleurs la matière vous donne un gros avantage une fois en école d’ingénieur car c’est la matière principale pour la plupart des écoles d’ingénieurs.

Bien sûr, la filière PT est bien plus intéressante en termes de réussite et je n’aurais jamais pu rentrer à l’ENS Paris-Saclay en venant d’une autre filière.