Vision 20/20Vision 20/20Vivre dans un monde Vivre dans un monde

scientifique et scientifique et technologiquetechnologique

Jacques Allard, Ph.D.

Le XXLe XXee siècle: siècle:le siècle de la physiquele siècle de la physique

Le rayon X (Roentgen Nobel 1901)Le rayon X (Roentgen Nobel 1901) La relativité (Einstein 1904)La relativité (Einstein 1904) La théorie quantique (Planck 1900)La théorie quantique (Planck 1900)

– Énergie atomiqueÉnergie atomique– Transistor, ordinateurTransistor, ordinateur– LaserLaser– Imagerie par résonnance magnétiqueImagerie par résonnance magnétique

Science/technologie du XXScience/technologie du XXee siècle siècle

Conception par modélisationConception par modélisation– ObjectifObjectif– Modèle mathématiqueModèle mathématique– Problème d’optimisationProblème d’optimisation– SolutionSolution

Science/technologie du XXScience/technologie du XXee siècle siècle

Conception par modélisationConception par modélisation– Lentilles optiquesLentilles optiques– Aéronautique Aéronautique (Boeing 777)(Boeing 777)

– AutomobilesAutomobiles– PneuPneu

Science/technologie du XXScience/technologie du XXee siècle siècle Conception par modélisationConception par modélisation

Les maths du XXLes maths du XXee siècle siècle

Au service de la physiqueAu service de la physique Calcul différentiel et intégral (Newton, Leibnitz – 16XX)Calcul différentiel et intégral (Newton, Leibnitz – 16XX)

Équations différentiellesÉquations différentielles– Topologie algébrique (Poincaré Topologie algébrique (Poincaré ~~ 1900) 1900)– Méthodes des éléments finisMéthodes des éléments finis

Calcul vectorielCalcul vectoriel– Espaces de Hilbert (mécanique quantique)Espaces de Hilbert (mécanique quantique)

(… et les maths « pures »)(… et les maths « pures »)

« Le future extrême »« Le future extrême »

Importance de la scienceImportance de la science Économie de l’innovationÉconomie de l’innovation Progrès de la médecineProgrès de la médecine Défis énergétiquesDéfis énergétiques Changement climatiqueChangement climatique

+ Socio-économique

James Canton James Canton The Extreme Future – Penguin 2006

« Le future extrême »« Le future extrême »

Technologie de l’informationTechnologie de l’information– Aujourd’hui, nouvelle-née à 25 ansAujourd’hui, nouvelle-née à 25 ans

Communication: Communication: connectivité universelleconnectivité universelle

– Partout/en tout temps/sur demandePartout/en tout temps/sur demande NanotechnologieNanotechnologie Bio-XXXXBio-XXXX

– XXXX = chimie, info, physique, XXXX = chimie, info, physique, math, génie, etc… math, génie, etc…

James Canton James Canton The Extreme Future – Penguin 2006

Le XXILe XXIee siècle: siècle:le siècle de la biologiele siècle de la biologie

GénomiqueGénomique ProtéonomiqueProtéonomique Biochimie, bioinformatique,Biochimie, bioinformatique,

biomathématique, biophysique, etc.biomathématique, biophysique, etc.

– Médicaments sur mesure ???Médicaments sur mesure ???– Virus et bactéries sur mesures ???Virus et bactéries sur mesures ???– Cellules sur mesures ???Cellules sur mesures ???– Modifications génétiques ???Modifications génétiques ???– Organismes sur mesures ???Organismes sur mesures ???

Biologie au XXIBiologie au XXIee siècle siècle

Prédiction: Prédiction: sisi … … alorsalors … …– Si le gène ABC du virus H5N1 est Si le gène ABC du virus H5N1 est

devient XYZ, H5N1 pourra se devient XYZ, H5N1 pourra se transmettre entre humainstransmettre entre humains

ConstructionConstruction– Construire un virus qui produit de Construire un virus qui produit de

l’insuline selon les besoins de son hôtel’insuline selon les besoins de son hôte– Construire un pesticide spécifique à un Construire un pesticide spécifique à un

seul organisme (une espèce invasive, seul organisme (une espèce invasive, par exemple)par exemple)

Biologie au XXIBiologie au XXIee siècle siècle

Conception par modélisationConception par modélisation en BIOLOGIE en BIOLOGIE– ObjectifObjectif– Modèle mathématiqueModèle mathématique– Problème d’optimisationProblème d’optimisation– SolutionSolution

Biologie au XXIBiologie au XXIee siècle siècle Conception par modélisation en Conception par modélisation en

pharmacologiepharmacologie– Protéine cibleProtéine cible– Action désiréeAction désirée– Conception de la moléculeConception de la molécule– Modélisation de l’activitéModélisation de l’activité– Prédire les effets secondairesPrédire les effets secondaires

Modélisation de l’ingestion du comprimé Modélisation de l’ingestion du comprimé jusqu’à l’impact épidémiologiquejusqu’à l’impact épidémiologique

Biologie au XXIBiologie au XXIee siècle siècle

– Analgésique Analgésique efficaceefficace

– Cause crises Cause crises cardiaques et cardiaques et emboliesembolies

4-[4-(methylsulfonyl)phenyl]-3-phenyl-2(5H)-furanone

Les mathématiquesdes

technologies de l'informationet

des systèmes complexes

Modélisation mathématique dans le Modélisation mathématique dans le développement pharmaceutiquedéveloppement pharmaceutique

Projet MITACSProjet MITACS Dr. Jack A. Dr. Jack A. TuszynskiTuszynski, (U of A - , (U of A - PhysiquePhysique)) Dr. Thoms Hillen, (U of A – Dr. Thoms Hillen, (U of A – Mathématiques et statistiqueMathématiques et statistique)) Dr. Gerda de Vries, (U of A – Dr. Gerda de Vries, (U of A – Mathématiques et statistiqueMathématiques et statistique)) Dr. Michael Y. Li, (U of A – Dr. Michael Y. Li, (U of A – Mathématiques et statistiqueMathématiques et statistique)) Dr. D. Peter Tieleman, (U Calgary - Dr. D. Peter Tieleman, (U Calgary - BiologieBiologie)) Dr. Lukasz Kurgan, (U of A – Dr. Lukasz Kurgan, (U of A – Génie informatiqueGénie informatique)) Dr. Eric Cytrynbaum, (U of British Columbia - Dr. Eric Cytrynbaum, (U of British Columbia - MathématiquesMathématiques)) Dr. Stephanie Portet, (U of Manitoba - Dr. Stephanie Portet, (U of Manitoba - MathématiquesMathématiques)) Dr. Siv Sivaloganathan, (U of Waterloo – Dr. Siv Sivaloganathan, (U of Waterloo – Mathématiques appl.Mathématiques appl.)) Dr. Roderick Melnik, (Wilfrid Laurier U - Dr. Roderick Melnik, (Wilfrid Laurier U - MathématiquesMathématiques))

ObjectifObjectif

ModéliserModéliser– Une celluleUne cellule– Un organeUn organe– Un organismeUn organisme– Une populationUne population– Un écosystèmeUn écosystème

ObjectifObjectif

ModéliserModéliser– La communication intracellulaireLa communication intracellulaire– La communication inter-bactérielleLa communication inter-bactérielle

« Perception du quorum »« Perception du quorum »

– La communication intra-organismeLa communication intra-organisme– Etc.Etc.

Les maths du XXILes maths du XXIee siècle siècle

Au service des systèmes complexes Au service des systèmes complexes – et, en particulier, de la biologieet, en particulier, de la biologie

– Échelles multiplesÉchelles multiples– Complexité inéditeComplexité inédite– Solutions numériques, par simulation, Solutions numériques, par simulation,

etc.etc.

L’univers politico-économiqueL’univers politico-économique

La GlobalisationLa Globalisation La ChineLa Chine

Le nombre d’étudiants chinois Le nombre d’étudiants chinois « brillants »« brillants »

>> Le nombre Le nombre TOTALTOTAL des étudiants nord-américains des étudiants nord-américains

Les IndesLes Indes–Employés IBM aux Indes :Employés IBM aux Indes :

2004: 9,0002004: 9,000 2006: 43,0002006: 43,000

Karl Fish - http://www.youtube.com/watch?v=xHWTLA8WecI

Alvin Toffler Février 2007Alvin Toffler Février 2007 « « Choc du futurChoc du futur » - 1970 » - 1970

InterviewerInterviewer

““You've been writing about our You've been writing about our educational system for decades. educational system for decades. What's the most pressing need What's the most pressing need in public education right now?”in public education right now?”

Toffler Toffler

““Shut down the public education Shut down the public education system.” system.”

Edutopia 2007/02

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

Apprendre à:Apprendre à:– ComprendreComprendre– RechercherRechercher– ÉvaluerÉvaluer– Intégrer des « boîtes noires »Intégrer des « boîtes noires »– Partager et coopérerPartager et coopérer

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

ComprendreComprendre– Qualité de la connaissance plutôt que Qualité de la connaissance plutôt que

quantitéquantité

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

ChercherChercher– L’informationL’information– Les méthodesLes méthodes– Les collaborateursLes collaborateurs

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

ÉvaluerÉvaluer– QualitéQualité– PertinencePertinence

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

Intégrer les « boîtes noires »Intégrer les « boîtes noires »– Intégrer des connaissances profondes et Intégrer des connaissances profondes et

des connaissances « fonctionnelles »des connaissances « fonctionnelles »– Savoir comment choisir une « boîte Savoir comment choisir une « boîte

noire »noire »– Savoir comment utiliser une « boîte Savoir comment utiliser une « boîte

noire »noire »

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: Objectifsmaths et des sciences: Objectifs

CoopérerCoopérer– Travail en équipe, localement et à Travail en équipe, localement et à

distancedistance– Partager les responsabilitésPartager les responsabilités

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: contenumaths et des sciences: contenu

Contenu: BaseContenu: Base– Lire, écrire, communiquerLire, écrire, communiquer– MathématiquesMathématiques– Technologie de l’information et des Technologie de l’information et des

communicationscommunications

Contenu: Occasion d’apprentissageContenu: Occasion d’apprentissage– Le message est le médiumLe message est le médium

L’apprentissage desL’apprentissage desmaths et des sciences: commentmaths et des sciences: comment

CommentComment– En faisant…En faisant…– Dans un contexte multidisciplinaireDans un contexte multidisciplinaire

Exemple: « boîte noire » en mathExemple: « boîte noire » en math

Analytique et graphiqueAnalytique et graphique– aa11x + bx + b11y = cy = c11

– aa22x + bx + b22y = cy = c22

Graphique et « boîte noire »Graphique et « boîte noire »– aa11x + bx + b11y = cy = c11

– aa22x + dx + d22xx22 + b + b22y = cy = c22

Boîte noire seulementBoîte noire seulement– Tout autre système d’équations Tout autre système d’équations

Boîte noire = technologie appropriée

Les mathsLes maths

« Si la chimie était enseignée « Si la chimie était enseignée comme les maths le sont, comme les maths le sont, nous serions toujours au … nous serions toujours au … moyen-âge. »moyen-âge. »

Qui ?Qui ?

Tous les élèves!Tous les élèves!– Déplacer « la cloche »Déplacer « la cloche »– L’effet d’entraînementL’effet d’entraînement

La technologieLa technologie

Un outil Un outil Pas une solutionPas une solution

– Nouveau contenuNouveau contenuComment utiliser la technologieComment utiliser la technologie

New York Times - May 4, 2007 Seeing No Progress, Some Schools Drop Laptops

Un enseignant: "The art of thinking is being lost. Because people can type in a word and find a source and think that's the be all end all."

L’environnement technologiqueL’environnement technologique

Centré sur le WebCentré sur le Web Matériel du « domaine publique »Matériel du « domaine publique »

– Manuel remplacé?Manuel remplacé?

Accessible?Accessible?– Warcraft, Sim City, Second Life, etc…Warcraft, Sim City, Second Life, etc…

La cléLa clé

Les intervenantsLes intervenants– Les enseignantsLes enseignants– La formation continue des enseignantsLa formation continue des enseignants– Insertion d’autres intervenantsInsertion d’autres intervenants

Comparer au privéComparer au privé– La sélection à l’embaucheLa sélection à l’embauche– La motivationLa motivation– La formation continueLa formation continue– L’utilisation de consultantsL’utilisation de consultants

L’urgenceL’urgence

L’Asie (et les « privilégiés »)L’Asie (et les « privilégiés »)– Système stratifié par niveau d’habiletéSystème stratifié par niveau d’habileté– Formation supplémentaire (« juku »)Formation supplémentaire (« juku »)– Formation individuelleFormation individuelle

Camps d’été en sciences, math et Camps d’été en sciences, math et technologietechnologie

Entraîneur particulier pour le « SAT »Entraîneur particulier pour le « SAT »« Profile Harvard »« Profile Harvard »

Vision 20/20Vision 20/20S’inscrire dans le monde S’inscrire dans le monde

multiculturel et multilinguemulticulturel et multilinguede demainde demain