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Compte rendu de l'université d'automne « Graines de sciences 9 »

Graines de sciences 9

Une rencontre entre enseignants et scientifiques organisée par La main à la pâte à l’École de physique des Houches (Haute-Savoie) du 29 octobre au 2 novembre 2007


L’université d’automne, intitulée « Graines de sciences », organisée par La main à la pâte pour la neuvième fois, s’est déroulée en 2007 à l’École de physique des Houches (Haute-Savoie). Ces rencontres annuelles ont pour objectif de réunir des représentants de la communauté scientifique, des enseignants de l’école primaire, ainsi que des formateurs d’enseignants (conseillers pédagogiques et maîtres formateurs), tous convaincus de la nécessité de rénover l’enseignement des sciences à l’école. Ces communautés, bien que respectueuses l’une de l’autre, ne se connaissent guère, le plus souvent. La conception originale de ces rencontres, le site exceptionnel des Houches et l’accueil remarquable des personnels de l’École de physique ont permis à chacun, enseignants comme chercheurs, de mieux comprendre son propre rôle dans l’aventure de « Graines de sciences ».

À la découverte de la science d’aujourd’hui

Les vingt-sept enseignants sélectionnés pour « Graines de sciences » venaient d’une vingtaine de départements français ainsi que, pour deux d’entre eux, du Cameroun et du Canada. N’ayant pas fait d’études scientifiques, âgés de 24 à 51 ans (moyenne 40,8 ans), travaillant en milieu rural ou urbain, certains en ZEP, d’autres non, ils constituaient un échantillon représentatif de la population enseignante d’aujourd’hui. Quel que soit leur profil personnel, un même principe les rassemblait : rendre l’enfant acteur de son apprentissage.

Les six scientifiques de la session, quant à eux, sont issus de spécialités représentant des champs variés de la science : physique, astrophysique, sciences de l’ingénieur, écologie, biologie et évolution, paléoanthropologie. Chacun d’entre eux animait trois ateliers d’une demi-journée sur le même thème, proche de son domaine de recherche, devant trois groupes de 9 enseignants. Les ateliers, conçus dans l’esprit de La main à la pâte, incitaient chacun des participants à participer activement, notamment en faisant part de ses conceptions de la science, en formulant ses idées et en posant toutes les questions nécessaires. Les enseignants étaient également sollicités pour imaginer ensemble des expériences simples susceptibles d’illustrer tel phénomène ou telle notion scientifique et de les réaliser. Loin d’un cours magistral ou d’une conférence, chaque atelier était au contraire destiné à placer les enseignant dans une situation de découverte afin que tous puissent avoir l’occasion de « vivre » et de « pratiquer » la science.

Se confronter à des problématiques actuelles et s’apercevoir que la science d’aujourd’hui, ses enjeux, ses méthodes, et ses résultats sont intelligibles, y compris par des non-spécialistes, fut une surprise pour beaucoup d’enseignants. Le choix des thèmes abordés ouvrait volontairement les discussions sur des questions de société, comme, par exemple, les nanotechnologies ou l’impact des changements climatiques sur la biodiversité ou sur des problèmes philosophiques, comme la place de l’homme dans la nature. Ainsi ont fleuri de nombreux débats passionnés, se prolongeant pendant les repas et, bien souvent, au cours des soirées. L’acculturation scientifique est alors apparue comme la meilleure alternative aux positions partisanes, fanatiques ou extrémistes. La science permet à chacun de se forger une opinion raisonnée et d’adopter une attitude citoyenne.

Six thèmes ont été abordés au cours de cette session :

  • Les nanotechnologies et la bioinspiration.
  • Comment faire de la lumière ?
  • Science et fiction.
  • Changements climatiques et biodiversité.
  • Les mécanismes de l'évolution.
  • Les origines de l'homme.

 

En outre, une excursion d’une journée sur les versants de la vallée de Chamonix a permis d’observer directement divers éléments de l’écosystème montagnard et de mettre en relation leurs caractéristiques avec des données présentées lors de l’atelier « Changements climatiques et biodiversité ».

Au cours de son atelier sur les nanotechnologies et la bioinspiration, Henri Van Damme (professeur à l’École supérieure de physique et de chimie industrielles de Paris), a montré très concrètement ce que recouvre le mot nanotechnologies. En manipulant des argiles qui diffèrent par la taille de leurs grains, les participants ont pu comprendre concrètement en quoi la taille des grains influe sur leur comportement physique. En outre, de la démonstration du mouvement brownien à la mise en évidence de propriétés particulières de la matière à cette échelle, les applications pratiques de ces technologies, qu’il s’agisse des pots catalytiques ou des cosmétiques à base de dioxyde de titane, sont devenues plus accessibles sans que les questions de société qu’elles posent soient occultées.

Placés dans un champ magnétique, les fluides ferromagnétiques forment des motifs ordonnés

Enfin, en montrant comment les nanotechnologies tirent profit d’exemples biologiques, pattes du gecko ou surface des feuilles, H. Van Damme nous a permis de mesurer l’importance de ce qu’il est convenu d’appeler « bioinspiration ».

Comment faire de la lumière ? Sous-titré « du feu aux diodes électroluminescentes », l’atelier de Sabine Laurent (physicienne à l’université Paris 7 – Denis Diderot) nous a fait parcourir la longue quête de l’espèce humaine pour la chaleur et la lumière. Depuis la découverte du feu par nos ancêtres jusqu’à la fabrication des diodes électroluminescentes (DEL) en passant par la pièce du forgeron chauffée au rouge ou au blanc, la production de lumière est toujours liée, au niveau atomique, à des transitions électroniques. La fabrication d’une lampe à huile ou celle d’une bougie, l’utilisation de l’amadou ou la conception de la première lampe tempête utilisant l’huile de baleine, ont permis aux participants de mesurer concrètement, en s’y frottant eux-mêmes, comment les différents dispositifs inventés par l’homme pour produire de la lumière ont pu être optimisés au cours de l’histoire, les rendant plus efficaces sur le plan du rendement et de la facilité d’utilisation. Mais c’est à partir du XIXe siècle, avec l’utilisation de l’électricité, que sont venus les progrès décisifs menant successivement aux lampes à incandescence puis à fluorescence avant que l’utilisation raisonnée des phénomènes quantiques conduise aux DEL dans lesquelles les niveaux énergétiques des électrons sont contrôlés pour déterminer la couleur de l’émission lumineuse.

Qu’il s’agisse du feu ou du spectre discontinu obtenu avec une lampe à vapeurs de mercure et un réseau, la lumière est toujours produite par des transitions électroniques


Avec le thème « Science et fiction », Roland Lehoucq (astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique) a fait replonger les participants dans leur enfance tout en leur permettant de comprendre des principes physiques complexes. En effet, les œuvres de fiction participent largement à la construction de nos représentations scientifiques du monde et, il est possible de faire des sciences en examinant attentivement l’arrière-plan scientifique qui sous-tend des œuvres de fiction aussi différentes que les albums de bandes dessinées de Tintin ou de super héros américains, tels Superman ou Spiderman, les films de la série Star Wars ou encore la littérature de science fiction. Il ne s’agit pas de juger ces œuvres sur le plan scientifique, mais d’appliquer ses connaissances afin d’identifier ou d’utiliser des lois physiques dans ce contexte ludique. Ainsi, dans l’album d’Hergé, Le Temple du Soleil, Tintin utilise sa connaissance de la date d’une éclipse totale de Soleil pour tromper ses geôliers, procédé déjà mis en œuvre par Christophe Colomb 550 ans plus tôt pour inciter les Indiens de l’île d’Hispaniola à le ravitailler. Hergé se documentait sérieusement avant d’écrire ses albums et l’éclipse évoquée peut être identifiée à l’aide d’un logiciel spécialisé, tel Voyager 4 : elle s’est produite le 25 janvier 1944. Dès lors, connaissant l’heure de l’éclipse d’après l’album, il devient possible, par exemple, de localiser précisément l’emplacement du Temple du Soleil. De manière similaire, l’étude des caractéristiques de personnages de fiction, tel Superman, permet de faire des calculs conduisant à déterminer, à partir de sa force musculaire supposée, la gravité de sa planète d’origine. Comme on le voit, les œuvres de fiction, qui souvent éveillent l’intérêt des enfants, constituent ici un prétexte pour faire des sciences et éveiller la curiosité, goûter au plaisir de la connaissance et développer capacités d’analyse et esprit critique.

Le changement climatique est une préoccupation de plus en plus présente et Gwladys Mathieu (Ingénieur agronome au Centre de recherche sur les écosystèmes d’altitude) a pu en montrer l’impact sur la biodiversité en introduisant les participants à la phénologie, une discipline qui étudie l’apparition d’événements périodiques déterminés par le climat, comme la chute des feuilles, les dates de migration des oiseaux ou encore l’éclosion saisonnière de telle ou telle espèce d’insecte. Comment la précocité d’événements tels que le débourrement des bourgeons ou la floraison et, à l’inverse, le retard d’événements, comme la chute des feuilles ou l’entrée en hibernation, peuvent-ils être corrélés avec les changements climatiques ? C’est à ce type de questions que les participants ont tenté de répondre au cours de l’atelier. Les relevés climatiques montrent que la température moyenne annuelle a augmenté en France de 1 °C en un siècle. Les effets du changement climatique se font particulièrement sentir dans les régions montagneuses et, dans les Alpes, la diminution de l’enneigement et le recul des glaciers ont un impact, non seulement sur la flore et la faune, mais aussi sur les activités humaines, en particulier sur le tourisme. Les participants ont pu mettre en œuvre concrètement des méthodes de la phénologie sur le terrain, d’une part sur le site des Houches, qui se prête parfaitement à cet exercice et, d’autre part, lors de l’excursion dans la vallée de Chamonix avec un temps particulièrement clément pour la saison.

Évaluation de l’avancement de la chute des feuilles sur un bouleau-repère

L’atelier de Sarah Samadi (chercheur au Muséum national d’histoire naturelle et à l’Institut de recherche pour le développement) était consacré aux mécanismes de l’évolution. Tous les êtres vivants, actuels comme disparus, ont une origine commune datée de quelque 3,5 milliards d’années et sont donc tous apparentés. De ce fait, l’évolution, qui correspond à l’histoire du vivant, peut être représentée sous forme d’un arbre enraciné dans le passé et dont les branches correspondent aux histoires évolutives propres aux différents groupes d’êtres vivants. Mais comment mettre en évidence les relations de parenté ? Comment la diversité est-elle générée ? Comment les innovations évolutives sont-elles sélectionnées ?
En les conviant à des jeux utilisant un simple dé et diverses variétés de perles, S. Samadi, a fait prendre conscience aux participants de l’importance du hasard et de la contingence dans l’évolution. Comme le nombre d’êtres vivants dans un milieu fini est lui-même fini, le tri aléatoire des descendants conduit inexorablement à l’uniformité si aucune variation n’existe dans la population. Au bout d’un nombre de générations modélisable par une loi de probabilité, tous les individus seront identiques car descendant d’un seul ancêtre.

Modéliser l’évolution d’une population avec un dé et des perles…


En revanche, l’introduction de la variation dans les modèles, sous forme de l’apparition aléatoire de mutations, qu’elles soient neutres, favorables ou défavorables, montre que de nouveaux caractères peuvent se fixer et ce, d’autant plus vite que la population est de petite taille, comme dans les îles ou les autres isolats géographiques. Ainsi, les idées fondamentales exposées par Darwin sur l’importance de la variation et de la sélection dans l’évolution restent tout à fait pertinentes et ont d’ailleurs été largement confirmées et approfondies par la biologie moderne.

Pour aborder la question de l’origine de l’Homme, l’atelier de Véronique Barriel (chercheur au Muséum national d’histoire naturelle) amenait les participants à situer l’espèce humaine dans le règne animal et plus particulièrement au sein des primates. Peu de caractéristiques distinguent l’homme des grands singes et, dès 1871, les classifications intégraient l’homme dans les primates. Toutefois, la place exacte de l’espèce humaine dans la classification reste en discussion parmi les spécialistes, en partie pour des raisons culturelles, les uns regroupant les grands singes et l’homme dans une superfamille, celle des Hominoidea, d’autres regroupant les chimpanzés et l’homme dans une sous-famille, celle des Homininae, certains, enfin, proposant même de regrouper chimpanzés et homme dans un même genre Homo.


L’homme, comme les grands singes, appartient à l’ordre des primates Moulages de fossiles appartenant à la lignée humaine  

Le genre Homo est caractérisé par le langage, la fabrication d’outils, la précision de la prise en pince de la main et la taille du cerveau. Mais depuis combien de temps ces caractéristiques sont-elles réunies ? Dès le XIXe siècle, des fossiles ressemblant à l’homme sont mis au jour, tel l’homme de Neandertal, en 1856, et l’homme de Java, en 1891, rebaptisé depuis Homo erectus. On sait aujourd’hui que le premier est apparu il y a quelque 200 000 ans et a coexisté avec l’homme moderne pendant quelques dizaines de milliers d’années alors que le second est daté de plus de 1,5 million d’années. Mais, au problème de la définition de l’espèce et de son nommage chez les fossiles, s’ajoute le fait que la fossilisation est un phénomène rare et que les fragments obtenus sont le plus souvent incomplets. Si, pendant longtemps, l’idée d’une évolution linéaire représentée par la succession des différents fossiles de la lignée humaine a perduré, elle s’est avérée erronée. En effet, parmi la trentaine de types différents de fossiles mis au jour, dont l’âge s’étend entre 7 millions d’années et quelques milliers d’années, aucun ne peut être désigné comme l’ancêtre d’un des autres. La diversité des fossiles reflète le fait que l’évolution humaine ne les relie pas de façon linéaire, mais a été au contraire buissonnante.

Une aventure qui se poursuit après la session

Les sessions « Graines de sciences » ne se limitent pas à une rencontre ponctuelle entre enseignants et scientifiques. À l’issue de chaque session, les scientifiques, mieux sensibilisés aux problématiques de l’enseignement, rédigent chacun, à partir de leur intervention dans les ateliers, un chapitre d’un ouvrage traitant des thèmes abordés en y incluant des manipulations et expériences faciles à mettre en œuvre, en famille ou en classe. Année après année, la collection « Graines de sciences » (éditions Le Pommier) explore les différentes facettes de la science d’aujourd’hui.

Ces ouvrages connaissent un succès grandissant, non seulement auprès d’un public d’enseignants et de formateurs d’enseignants, aussi bien du primaire que du secondaire, mais aussi auprès d’un public non enseignant mais curieux de sciences. Leur principal objectif, tout comme la session elle-même, est avant tout de montrer à tous (enseignants, éducateurs, parents…) que la science est un plaisir et que ce plaisir n’est pas réservé à une petite communauté de spécialistes. Chacun peut, à son niveau, s’approprier ces « graines de sciences ».

L’écriture de ces ouvrages, et ce n’est pas la moindre originalité de l’aventure, est réalisée avec l’aide des enseignants ayant participé à l’université d’automne « Graines de sciences ». En relisant attentivement les différents chapitres, ils veillent à leur accessibilité pour le grand public. Ce travail commun n’aurait pas été possible, ni même envisageable, avant la session.

Cette merveilleuse expérience vécue en commun permet aux enseignants de démythifier l’image qu’ils ont trop souvent des chercheurs. Ceux-ci se sont révélés à leurs yeux des personnes accessibles, passionnées, dont les centres d’intérêts ne se limitent pas à leur spécialité et désireux de partager avec le plus grand nombre. Surtout, les enseignants ont été frappés par la grande humilité des scientifiques. Se pourrait-il que la science apprenne à dire « je ne sais pas » ? Ils ont également appris que l’erreur et le tâtonnement font partie du quotidien des chercheurs. Dès lors, chaque enseignant, qu’il soit de formation scientifique ou non, peut aborder sans crainte les sciences avec ses élèves car il a réalisé que la science est un processus d’exploration en construction permanente et que personne, ni les scientifiques, ni les professeurs, n’a réponse à tout.

Au-delà des disciplines, des lois, des équations et des formalismes, la science s’est révélée être, avant tout, un questionnement et une aventure humaine. Pour tous, ce questionnement, le tâtonnement expérimental et la nécessité de communication se sont révélés cruciaux. Autant d’ingrédients que l’on peut insérer dans une pédagogie des sciences à l’école primaire, parfaitement en accord avec les principes de La main à la pâte. Ainsi, cette rencontre a profondément modifié, chez ces enseignants, non seulement leur vision de la science et des scientifiques, mais également leur vision de l’enseignement.

Du point de vue des scientifiques, les enseignants sont apparus également passionnés, dynamiques, dévoués à leurs élèves, malgré les nombreuses difficultés, et désireux de trouver des partenaires dans la communauté scientifique. « Graines de sciences 8  » avait permis, par exemple, de constituer un groupe d’enseignants décidés à élaborer, en partenariat avec La main à la pâte, un projet pédagogique nouveau d’enseignement des sciences en cycle 3 sur le thème de l’effet de serre et des changements climatiques, en accord avec les directives de l’Éducation nationale sur l’éducation à l’environnement et au développement durable, et « Graines de sciences 9  » devrait à son tour conduire à des projets similaires.

Enfin, plusieurs des chercheurs ayant participé à « Graines de sciences » ont rejoint le réseau des consultants scientifiques de La main à la pâte. Via le site Internet http://www.inrp.fr/lamap, ils aident, quotidiennement, les enseignants et les formateurs en répondant, personnellement et simplement, à toutes les questions scientifiques que ceux-ci se posent dans le cadre de leurs activités d’enseignement. Ce réseau est unique au monde, et envié dans bien des pays, car il aide, rassure et accompagne les enseignants désireux de faire partager les plaisirs de la science et aide à rapprocher, comme les sessions « Graines de sciences », le monde des chercheurs scientifiques et le monde enseignant. Il convient de souligner l’importance de ces rencontres, riches quoique peu formelles, qui constituent  pour la communauté enseignante tout entière une formidable pépinière d’idées, de dynamisme, de projets, en un mot, d’innovation.

Nous tenons à remercier tout particulièrement l’École de physique des Houches qui accueillait Graines de sciences pour la première fois ainsi que son personnel, mobilisé malgré les congés scolaires, pour son accueil dévoué. Nous tenons à remercier également son directeur, monsieur Martial Ducloy, sans qui cette session n’aurait pu se tenir, monsieur le Recteur de l’académie de Grenoble ainsi que la Direction générale de l’enseignement scolaire du ministère de l’Éducation nationale pour leur précieuse contribution. Enfin, nos remerciements vont aussi à la SNCF et à sa présidente, Mme Anne-Marie Idrac, dont le soutien a rendu possible notre voyage en train, à la société Sordalab et à son directeur commercial, M. Sylvain Maurel, qui nous ont aimablement confié les moulages de crânes de primates et de fossiles utilisés dans l’atelier de V. Barriel.

Poslednja izmena : 27/11/2007
Oruđa
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