Depuis une décennie, le MIT propose des études de doctorat en science et ingénierie computationnelles (CSE) via un programme interdisciplinaire destiné aux étudiants appliquant la computation dans un domaine scientifique ou d’ingénierie spécifique.
À mesure que l’intérêt grandissait parmi les étudiants désireux de faire avancer la méthodologie CSE elle-même, il est devenu évident qu’un cadre académique dédié à ce groupe — regroupant étudiants et facultés profondément investis dans les fondements de la science et de l’ingénierie computationnelles — était nécessaire.
Grâce à un programme de doctorat en CSE désormais autonome, cette communauté peut non seulement encourager la découverte des dimensions méthodologiques transversales des sciences computationnelles et de l’ingénierie, mais aussi se rassembler au sein d’une communauté soudée.
« Ce programme reconnaît l’existence de la science et de l’ingénierie computationnelles en tant que discipline à part entière, permettant de travailler sans être contraint par les lentilles de l’ingénierie mécanique ou chimique, mais plutôt en tant que tel », déclare Nicolas Hadjiconstantinou, co-directeur du Centre pour la Science et l’Ingénierie Computationnelles (CCSE).
Offert par le CCSE et lancé en 2023, ce programme autonome combine des cours et une thèse, à l’image des autres programmes de doctorat du MIT, mais son accent méthodologique le distingue des autres offres de l’Institut.
« Ce qui rend ce programme unique, c’est qu’il n’est pas hébergé par un département spécifique. À la base, le programme autonome porte sur la science computationnelle et la méthodologie transversale. Nous relions ces recherches à divers domaines d’application. Nous avons des océanographes, des chercheurs en science des matériaux, des étudiants spécialisés en aéronautique et astronautique, et bien d’autres », explique Youssef Marzouk, co-directeur sortant et désormais doyen associé du MIT Schwarzman College of Computing.
Élargir les horizons
Hadjiconstantinou, professeur Quentin Berg en ingénierie mécanique, et Marzouk, professeur Breene M. Kerr en aéronautique et astronautique, dirigent les efforts du centre depuis 2018 et ont développé ensemble le programme et le cursus. Ce duo a délibérément conçu un programme favorisant la recherche individuelle des étudiants tout en les exposant à l’intégralité des possibilités offertes par le domaine.
Pour élargir les horizons des étudiants et bâtir une communauté collaborative, le programme de doctorat en CSE propose deux séries de séminaires populaires : des séminaires communautaires hebdomadaires se concentrant principalement sur des intervenants internes (étudiants en master, postdoctorants, chercheurs, et professeurs), et des séminaires mensuels distingués en CSE, accueillant des intervenants externes d’institutions variées et de l’industrie.
« L’un des aspects surprenants du programme a été les séminaires. Je pensais y retrouver les mêmes personnes que dans mes cours et mes laboratoires, mais ça va bien au-delà », raconte Emily Williams, doctorante en quatrième année et boursière en science computationnelle au Département de l’Énergie. « L’un des séminaires les plus intéressants portait sur la simulation d’écoulements fluides pour des applications biomédicales. Mon parcours est axé sur les fluides, donc je comprends bien cet aspect, mais le voir appliqué dans un domaine totalement différent de mon travail a été éclairant », ajoute-t-elle.
Ce séminaire, intitulé « Dynamique des fluides astrophysiques à l’échelle exascale », présenté par James Stone, professeur à l’Institut d’études avancées et à l’Université de Princeton, a constitué l’une des nombreuses occasions offertes aux étudiants en CSE d’interagir avec des praticiens en petits groupes, acquérant ainsi des aperçus académiques et une vision élargie de leurs futures carrières.
Concevoir pour un impact
Le programme doctoral interdisciplinaire a servi de tremplin pour Hadjiconstantinou et Marzouk afin de créer une offre qui leur est propre.
Pour Marzouk, cela a signifié élargir le programme autonome pour lui permettre de croître et de s’adapter en fonction de l’évolution rapide des technologies : « À mes yeux, la vitalité de ce programme réside dans le fait que les applications scientifiques et d’ingénierie reposent de manière fondamental sur la computation, que ce soit pour la conception en ingénierie ou la découverte scientifique. Il est donc essentiel de mener des recherches sur les éléments constitutifs de ce type de computation. Cette recherche doit également être influencée par notre manière de l’appliquer, afin que les scientifiques ou les ingénieurs puissent effectivement l’utiliser », déclare Marzouk.
Le cursus est structuré autour de six domaines d’intervention clés, ou « manières de penser », fondamentaux pour le CSE :
- Discrétisation et méthodes numériques pour les équations aux dérivées partielles ;
- Méthodes d’optimisation ;
- Inférence, calcul statistique et modélisation basée sur les données ;
- Calcul haute performance, ingénierie logicielle et algorithmes ;
- Fondations mathématiques (par exemple, analyse fonctionnelle, probabilité) ;
- Modélisation (c’est-à-dire un sujet abordant la modélisation computationnelle dans toute discipline scientifique ou d’ingénierie).
Les étudiants choisissent et constituent leur propre comité de thèse, composé de professeurs de l’ensemble du MIT, et non seulement de ceux associés au CCSE. Cette combinaison d’un cursus « moderne et applicable à ce que recherchent les employeurs tant dans l’industrie que dans le milieu académique », selon Williams, et la possibilité de former un groupe d’advisors engagés, permet un niveau de spécialisation difficile à trouver ailleurs.
« Académiquement, je trouve que ce programme est conçu de manière très flexible et interdisciplinaire. Vous avez beaucoup de contrôle sur la direction que vous souhaitez prendre », précise Rosen Yu, doctorante. La recherche de Yu est axée sur l’optimisation de la conception d’ingénierie, un intérêt qu’elle a découvert durant sa première année de recherche au MIT avec le Professeur Faez Ahmed. Le doctorat en CSE allait être lancé et il est devenu clair que ses intérêts de recherche penchaient davantage vers la computation que le diplôme d’ingénierie mécanique existant ; c’était un choix naturel.
« Dans d’autres universités, on voit souvent soit un programme de pure informatique, soit un département d’ingénierie avec à peine des intersections. Mais ce programme CSE, j’aime à dire qu’il fait office de colle entre ces deux communautés », conclut Yu.
Cette « colle » se renforce, avec toujours plus d’étudiants intégrant le programme chaque année, ainsi que des professeurs et du personnel de l’Institut s’affiliant au CSE. Bien que les thèmes de thèse des étudiants varient, allant des méthodes stochastiques pour la réduction de modèles de systèmes chaotiques multiscalaires aux optimisations évolutives et robustes pour les systèmes énergétiques, l’objectif du programme demeure constant : développer des étudiants et des recherches qui auront un impact concret.
« C’est pourquoi le MIT est un ‘Institut de Technologie’ et non une ‘université’. Il y a toujours cette question, peu importe ce que vous étudiez : à quoi cela sert-il ? Nos étudiants travailleront dans des domaines allant de la biologie des systèmes, aux simulateurs de modèles climatiques, à l’électrification, aux véhicules hyper-soniques, et plus encore, mais l’essentiel est que leurs recherches aident à résoudre quelque chose », souligne Hadjiconstantinou.
Notre Opinion Tech
Le développement d’un programme de doctorat en science et ingénierie computationnelles autonome semble répondre à une véritable nécessité. En intégrant divers domaines d’application, ce programme pourrait contribuer à une synergie essentielle entre la recherche théorique et les réalités pratiques. En tant qu’observateur des évolutions technologiques, je trouve qu’il est crucial que l’éducation s’adapte aux besoins du marché tout en encourageant une innovation continue, ce qui pourrait clairement émerger comme une caractéristique clé de ce parcours.