Exemples de sujets TPE en maths et physique : idées, problématiques et pistes expérimentales

Les TPE, ou Travaux Personnels Encadrés vous ont été présentés. Il s’agit d’un travail de 6 mois environ, visant à vous faire travailler en groupe sur un sujet donné, à faire des recherches de manière autonome, et à croiser deux disciplines de votre programme. La première étape de ce travail est donc de choisir un sujet.

Contrairement à de nombreux travaux scolaires, le sujet est presque entièrement libre, ce qui est évidemment un grand atout puisque vous pouvez choisir un sujet qui vous intéresse. Un sujet qui vous plait : c’est le plus important ! Un sujet intéressant : ça parait évident, mais n’oubliez pas que vos correcteurs sont humains, et qu’eux aussi veulent apprendre des choses !

Comment choisir un bon sujet TPE en maths et physique

À vous, selon le sujet qui vous intéresse, et le niveau que vous avez, de naviguer où bon vous semble et de vous arrêter là où vous voyez que vous êtes capable de comprendre ET de faire tous les exercices qui se rapportent au sujet. Plein d’autres sites font çà très bien. Faisons court … : quasi aucune de mes sources (surtout pour le niveau supérieur, c-à-d prépas, L1, L2, etc) , ne provient de livres d’auteurs francophones ! La quasi totalité de mes sources sont donc des livres anglo-saxons ou canadiens.

Ce site est francophone et s’adresse donc à tous les francophones! Mais … tous les francophones ont des systèmes scolaires parfois très différents et surtout, à âge +/- égal, un niveau très différent. Je vous invite à lire des questions de Bac de maths des pays africains tel le Congo, la Guinée, le Burkina Faso, la Tunisie et j’en passe et vous constaterez que, contrairement aux préjugés, le niveau est très supérieur au niveau du bac français ... En bref, ce système ne respecte en rien le programme français puisque cela n’est PAS l’objectif !

Thèmes concrets et sujets possibles liant maths et physique

La construction du pont suspendu, les forces physiques qui doivent être comprises afin de pouvoir créer un pont stable et solide.
La nature nous enseigne à bien des niveaux et même en architecture.
La bioluminescence a toujours intéressé les hommes.
Depuis une dizaine d'années, les émissions de gaz à effet de serre n'ont cessé d'augmenter.
L'avion est le moyen de transport le plus polluant.
La voiture électrique ? Son apparition a permis la diminution de consommation de carburant.
La douleur ? Tout le monde l'a ressenti au moins une fois. Comprendre la douleur, son mécanisme et le ressenti chez l'homme à différents stades de son existence.
Se faire opérer par un robot, un film de sciences fictions ou une réalité proche ?
Comment créer un essuie-main afin de faciliter l'expérience utilisateur ? Ce TPE nous aide à découvrir les différentes étapes menant à cela.

Exemples détaillés avec problématiques et pistes expérimentales

La construction du pont suspendu peut être utilisée pour aborder des notions de statique, de forces, de calculs de tensions et d'optimisation. Vous pouvez construire des maquettes et mesurer l'influence de la longueur, du matériau et de la répartition des charges.

La bioluminescence offre un croisement intéressant entre physique (optique, spectre de lumière) et mathématiques (analyse de signaux, traitement de données). Une expérience possible est la mesure spectrale et l'analyse mathématique de l'intensité lumineuse en fonction du temps.

Étudier les émissions de gaz à effet de serre et la pollution liée aux transports permet de mêler modélisation mathématique (croissance exponentielle, régressions) et mesures physiques (capteurs, bilans énergétiques). Vous pouvez comparer l'empreinte carbone de différents modes de transport, notamment l'avion et la voiture électrique.

Comprendre la douleur se prête à un TPE mêlant biophysique et statistiques : on peut étudier le mécanisme, modéliser la transmission nerveuse par des équations simples et réaliser des enquêtes ou des tests psychophysiques (avec protocole éthique et consentement) pour analyser le ressenti.

Se faire opérer par un robot ouvre des perspectives sur la mécanique, la commande, les systèmes asservis et les lois de contrôle, ainsi que sur les algorithmes. Une expérience accessible consiste à modéliser un asservissement simple (position d’un bras, précision) et mesurer la précision en fonction des paramètres de la boucle.

Sujets plus petits et expériences simples

Analyse de la capillarité et de l’absorption pour concevoir un essuie-main : tests comparatifs de matériaux, modélisation mathématique de l’absorption.
Étude d’un pendule simple pour introduire la gravité, la période et la dépendance à la longueur (idéal pour 1ère sans moments d'inertie complexes).
Expérience sur la bioluminescence végétale ou microbienne (si accessible), mesurer l’intensité et appliquer des méthodes statistiques.

Conseils pratiques pour construire votre TPE

Nous devons faire un tpe avec une expérience obligatoire mais qui doit parler de physique et introduire des maths. Avez vous des idées à nous proposer ? Posté par Cha08re : TPE physique et math 24-09-12 à 11:59

Est ce que la partie physique est importante ? Posté par Cha08re : TPE physique et math 24-09-12 à 12:05 Et quel sujet cela englobe ? Vous me donnez une expérience mais je ne vois pas à quel sujet cette expérience nous mènera t-elle et surtout, à quelle problèmatique répondra-t-elle ? maintenant "physique" c'est vaste comme domaine ... et puis "première" je n'ai pas trop d'idée sur le programme de physique en 1ère, mais ce n'est pas du genre à calculer des moments d'inertie et des pendules ...

Ne vous y trompez pas, ce site ne s’adresse pas aux élèves / étudiants qui ont un DS ou un DM ou une évaluation le lendemain, et qui espèrent trouver des fiches toutes faites avec les formules qui, bêtement appliquées sans trop comprendre, pourraient rapporter des points. A toutes les autres personnes ! A tous ceux, qui élèves ou étudiants et même parents, les profs vous font croire, ou, vous ont fait croire que les maths et la physique sont des matières difficiles. Et bien non, ça n’est pas difficile du tout quand c’est bien expliqué et que l'on s'en entraîne progressivement.

Certaines idées pour relier expérience et problématique :

Définir clairement la problématique : par exemple « comment optimiser la raideur d’un pont miniature en fonction de la matière et de la géométrie ? »
Formuler des hypothèses mathématiques simples puis les tester expérimentalement (régressions, ajustements, incertitudes).
Documenter vos sources et comparer des modèles théoriques (lois de la statique, lois d’Ohm, lois de la mécanique) avec vos résultats.
Présenter des graphiques, tableaux et analyses statistiques pour appuyer vos conclusions.

Expérimentations sur le pont à poutres 1/2 (Séance 5.1) | EN CLASSE

Exemple d’organisation pour un TPE réussi

Phase	Contenu	Outils
Choix du sujet	Définir problématique claire et faisable	Recherches, discussions
Bibliographie	Rassembler sources (articles, livres, sites)	Base de données, livres anglo-saxons possibles
Expérience	Conception du protocole, mesures, répétitions	Matériel simple, capteurs, maquettes
Analyse	Traitement mathématique des données	Statistiques, régressions, graphes
Rédaction	Organisation du rapport et préparation de l’oral	Diaporama, schémas, maquettes

Derniers conseils

À toutes les autres personnes ! A tous ceux, qui élèves ou étudiants et même parents, les profs vous font croire, ou, vous ont fait croire que les maths et la physique sont des matières difficiles. Et bien non, ça n’est pas difficile du tout quand c’est bien expliqué et que l’on s’en entraîne progressivement. A vous, selon le sujet qui vous intéresse, et le niveau que vous avez, de naviguer où bon vous semble et de vous arrêter là où vous voyez que vous êtes capable de comprendre ET de faire tous les exercices qui se rapportent au sujet.

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