Energie île : “serious game” pour un apprentissage actif sur la problématique de la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables

Réseau électrique ; renouvelable ; simulation ; APP ; serious game
Formation concernée : master ISC ENS Rennes Centrale-Supélec Rennes 2ème année cycle ingénieur
Nombre d’étudiants : 80
Période d’expérimentation : 01/2019 - 07/2021

 

Contexte – Objectifs du projet


Les enjeux de la transition énergétique forment un sujet complexe qui mêle des aspects techniques, économiques, écologiques et sociétaux. Comment capter et transformer des sources d'énergies renouvelables ou non, comment éventuellement les stocker ? A quels coûts ? Avec quelles conséquences sur l'environnement ? Et pour répondre à quels besoins sociétaux ? Ces besoins sont-ils immuables ou est-il possible d'induire des changements de mode de consommation pour aller vers un modèle plus vertueux ? Et si oui par quels moyens ?
L'objectif de ce projet est de concevoir, autour d'outils de simulation du réseau électrique d'une île, un enseignement sur les problèmes soulevés par un recours massif aux énergies renouvelables pour satisfaire les besoins d'une population et sur les solutions que l'on peut y apporter.
Il permet de construire un apprentissage par problèmes où l'étudiant est acteur de son apprentissage et évalue par lui-même, grâce à l’outil, la pertinence des solutions qu'il propose en fonction de différents critères, écologiques, économiques et de sécurité des approvisionnements.
 

Mise en oeuvre pédagogique


Le projet a été déployé sur une séance de 3-4 heures pour un public d’étudiants de M2.
Il repose sur l’adaptation à un public d’étudiants d’un jeu, conçu par Catherine Barrué, à destination d’un public lycéen. Le jeu se compose de la carte d’une île (fictive) dont le territoire est divisé en 4 communautés dont les spécificités sont décrites dans les cartes « communauté ». Un jeu de fiches « énergie » décrit les différentes sources d’énergie renouvelables qui peuvent servir pour satisfaire les besoins en énergie des habitants des différentes communautés.
Les joueurs sont répartis en équipes qui ont pour mission de répondre aux besoins en énergie de leur communauté en fonction des ressources de son territoire. Une fois qu’ils sont parvenus à un consensus pour leur communauté, ils en exposent le résultat aux autres groupes. L’ensemble des 4 équipes cherche alors une solution à même de répondre aux besoins de l’ensemble de l’île. On s’aperçoit alors qu’en mutualisant les moyens il est possible de répondre aux besoins de tous en minimisant les impacts sociaux, environnementaux, voire économiques.
Le projet a fait l’objet de quatre itérations :

  • Un premier test effectué en juin 2019 auprès des étudiants de Supélec de 2ème année (niveau M1) dans le cadre du cours électif (à option) « Énergies du 21ème siècle » (ENER).
  • En novembre 2019, le projet a été déployé auprès des étudiants de M2 – Préparation à l’agrégation de l’ENS de Rennes. Le jeu a été enrichi d’une feuille de calcul pour évaluer les coûts économiques et écologiques des choix effectués
  • En février 2020, le jeu a de nouveau été testé auprès des étudiants de Supélec, mais traduit en anglais pour être rendu accessible à un public international. Cette fois-ci, la feuille de calcul n’a été rendue disponible que dans un second temps, et tient désormais compte de l’intermittence de certaines sources.
  • En février 2021, une quatrième itération a pu être effectuée en présentiel et en distanciel auprès des étudiants de Supélec via les outils Teams et Mural.
     
Ressources produites


Le jeu se compose d’une carte de l’île, de cartes « communauté » et de fiches « énergie ». Ces éléments sont accompagnés d’une feuille de calcul.
 

Acteurs concernés


Le public cible du projet est constitué d’étudiants, dont certains sont de futurs enseignants dans le cas des étudiants de l'ENS Rennes du département de mécatronique.
Des relations ont été nouées avec le groupe SETE du laboratoire SATIE (UMR 8029) qui travaille sur la modélisation des réseaux de distribution d'électricité et leur contrôle lorsque la proportion d'électricité "intermittente" d'origine renouvelable est importante. Celles-ci ont permis de récupérer les données météorologiques de l'île de Sein (vent, ensoleillement, consommation d'énergie…) en relation avec Météo France. Il est envisagé de renforcer ces relations à l’avenir.
Les retours des étudiants sont positifs et s’accompagnent de critiques constructives. Les étudiants ont été confrontés à leurs préjugés sur les énergies renouvelables, ce qui leur permet de faire évoluer leur vision des choses en dépit d’une déception sur le coût élevé des énergies exotiques.
L’apport pédagogique de l’apprentissage actif et en particulier l’usage de serious game suscite des réactions variables mais a globalement encore du mal à convaincre la communauté enseignante dans le Supérieur, ce qui limite les perspectives d’essaimage et impose un travail d’explications et de démonstrations.
 

Bilan et évaluation du projet


Le parti pris était de renoncer à un enseignement transmissif et d’opter pour un apprentissage actif où l'étudiant construit ses connaissances autour d'un apprentissage par problème, afin qu’il puisse construire différentes compétences : savoir analyser, prendre du recul, savoir discuter, argumenter…
Le bilan est positif même s’il a été constaté que les étudiants n’accueillent pas avec suffisamment de recul ni remettent suffisamment en cause les informations qui leur sont données.

  • Leviers :
    • Le financement du projet DUNE-DESIR
    • Le fait d'avoir pu constituer un binôme avec une enseignante (Catherine Barrué), même si cela a pu se faire au détriment d’autres collaborations
    • L’existence d’un consensus de plus en plus important sur l’intérêt des énergies renouvelables
  • Freins :
    • Le manque de moyens et de temps, en particulier sur la question des développements informatiques, imposant de recourir à des stagiaires
    • Le système d’itération a été ressenti comme lent
    • Les difficultés inhérentes à l’utilisation de la langue anglaise et du temps nécessaire pour réaliser les traductions
  • Impact de la situation sanitaire
    • Les cours en présentiel ayant été suspendus à l’ENS en raison de la crise sanitaire peu de temps avant que ne commence le cours sur l’énergie en M2 – Préparation à l’agrégation, il n’a pas été possible de réfléchir à la mise place d’un dispositif permettant de faire jouer le jeu à distance. La quatrième itération n’a donc pas pu avoir lieu à l’ENS.
    • Il a en revanche été possible d’organiser une quatrième itération à Supélec Rennes en février 2021. Celle-ci fut toutefois plus compliquée et globalement dégradée en raison des défis supplémentaires imposés par le contexte, au détriment des évolutions du jeu.
       
Perspectives / essaimage


Le jeu sera amené à évoluer davantage dans le futur, notamment en apportant plus d’informations aux étudiants.
Les résultats de la deuxième itération ont fait l’objet d’une publication qui aurait dû être présentée au colloque de l’ARDIST 2020 à Bruxelles reporté à la fin de mars / début d’avril 2021 (https://ardist2020.sciencesconf.org/).
D’autres publications et travaux de recherche sont prévus en collaboration avec Catherine Barrué, avec l’objectif de pouvoir avoir à terme un doctorant sur la question sur les serious game dans le contexte des problèmes environnementaux. Des données ont été récupérées auprès des étudiants qui feront l’objet d’une analyse et d’un document de synthèse, notamment à destination des futurs stagiaires qui seront associés au projet.
Un projet de déploiement à l’Institut national supérieur du professorat et de l'éducation est en cours (une première séance a eu lieu en mai 2021), ainsi que des itérations en lycée à travers une version simplifiée du jeu. Pour cela, une collaboration été initiée avec L’Espace des Sciences à Rennes et des demandes de financement ont été déposées auprès du rectorat, de la région Bretagne (réponse à l’appel à projet Recherche et société) et de l’ANR (appel à projet science avec et pour la société).