Enseigner la physique, tout un art ! 

À l’occasion d’une nouvelle exposition «Enseigner la physique, tout un art !» dédiée aux instruments scientifiques au musée Bernard d’Agesci de Niort jusqu’au 6 mars 2022, c’est l’occasion de s’attarder un peu sur leurs rôles.

Les instruments scientifiques : une variété de rôles …

Si l’on cherche une définition de l’instrument scientifique en fonction de sa racine latine instrumentum “mobilier, matériel, outillage “, on s’aperçoit que ce mot recouvre diverses acceptions. Comme le précise Gilbert Simondon :

“Le XVIII^e siècle a été le grand moment du développement des outils et des instruments, si l’on entend par outil l’objet technique qui permet de prolonger et d’armer le corps pour accomplir un geste, et par instrument l’objet technique qui permet de prolonger et d’adapter le corps pour une meilleure perception ; l’instrument est l’outil de perception. Certains objets techniques sont à la fois des outils et des instruments, mais on peut les dénommer outils ou instruments selon la prédominance de la fonction active ou de la fonction perceptive.”

Gilbert Simondon, Du mode d’existence des objets techniques, Aubier, 1969.

Il existe ainsi une variété de rôles. Nous retiendrons trois catégories :

1. Instrument fabriqué pour découvrir de nouveaux phénomènes dans la logique de la tradition expérimentale dans la mesure où l’expérimentation fait partie de l’investigation scientifique et de la découverte. Par exemple, la première lunette de Galilée construite en 1609 permet de grossir 6 fois. L’instrument permet d’observer quatre satellites de Jupiter en janvier 1610. Galilée explique que c’est un argument important en faveur du modèle copernicien.
2. Instrument didactique de démonstration ou d’expérimentation en travaux pratiques dans l’enseignement.
3. Outils professionnels pour les médecins, ingénieurs, marins, météorologues.

Se pose alors aussi la question : quel rôle assigner aux appareils de mesures, de contrôles ?

Dans l’histoire du côté des hommes, Descartes est favorable à un Conservatoire national des arts et métiers dont le rôle serait d’enseigner la fabrication et l’usage des outils et des machines, de développer les arts techniques, le commerce et l’industrie. Il est créé par la Convention en 1794 (décret du 19 vendémiaire an III), sur proposition de l’Abbé Henri Grégoire “pour perfectionner l’industrie nationale”.

L’Abbé précise sa mission : “Là se réuniront tous les outils et machines nouvellement inventés ou perfectionnés. Là rien de systématique : l’expérience seule, en parlant aux yeux, aura droit d’obtenir l’assentiment.” Plus tard en 1937 ¹, est créé le Palais de la découverte, un musée de science unique au monde, pour faire comprendre, et non seulement, faire connaître avec un objectif propédeutique à l’enseignement comme le déclare Jean Perrin :

“Nous avons d’abord voulu familiariser nos visiteurs avec les recherches fondamentales par où s’est créée la science, en répétant journellement les grandes expériences auxquelles ont abouti ces recherches, sans abaisser le niveau, mais pourtant de façon accessible à un très grand nombre d’esprits. Et nous avons voulu par-là répandre dans le public le goût de la culture scientifique, en même temps que les qualités de précision, de probité critique et de liberté de jugement que développe cette culture et qui sont utiles et précieuses à tout homme, quelle que soit sa carrière.”

Jean Perrin, prix Nobel de physique en 1926, sous-secrétaire d’État à la recherche dans le compte-rendu de l’exposition temporaire de 1937 mise en place à Paris à l’occasion de l’Exposition internationale des ” Arts et des Techniques appliqués à la Vie moderne “.

L’histoire ne peut que prendre en compte l’évolution conjointe des sciences et des techniques, les unes renvoyant aux autres. Cependant, tout en mettant en évidence les points d’appui réciproques, il faut être attentif aux deux modes de pensée tout à fait différents que sont la découverte scientifique et l’invention technique. Les innovations techniques sont-elles d’ailleurs toujours une application de la science ? Peuvent-elles la précéder ?

Aussi soyons attentifs devant des élèves ou tout autre public à ne pas se tromper dans la chronologie : les marins n’ont pas attendu Galilée pour se repérer sur mer et naviguer avec les étoiles. Jean-Marc Lévy-Leblond a raison de préciser :

“On prétend souvent que c’est l’invention de la thermodynamique par Sadi Carnot qui a permis le développement de la machine à vapeur. La réalité est inverse : les ingénieurs et industriels anglais avaient inventé et diffusé la machine à vapeur depuis plusieurs décennies. Les recherches de Carnot ont simplement permis de comprendre et d’améliorer la technique. Mais la machine à vapeur a beaucoup plus fait pour la thermodynamique que l’inverse”.

Jean-Marc Lévy-Leblond, Mettre la science en culture, Anaïs, 1986

…dans l’enseignement

Avant la réforme de 1902, les expériences étaient d’abord montrées aux élèves, ils ne les touchaient pas les instruments mais recopiaient en revanche la description de leur fonctionnement sur leur cahier. Au XIX^e siècle, une petite place était faite aux sciences physiques, d’abord dans la classe terminale de l’enseignement secondaire ; puis en 1852, la bifurcation entre lettres et sciences devint possible mais les programmes spécifiaient que l’enseignement des sciences serait donné en vue des applications. Peu d’exercices pratiques et un cours dicté comme méthode d’enseignement. On était alors soucieux de pouvoir prouver qu’à chaque loi, chaque phénomène, il existait un instrument capable de le reproduire voire de le démontrer.

C’est en 1902 qu’une étape majeure de l’histoire de l’enseignement scientifique secondaire se constitue. Elle reconnaît aux sciences expérimentales une véritable place. Il est recommandé aux professeurs de multiplier les expériences et des séances hebdomadaires de manipulation sont prévues dans les sections C (latin-sciences) et D (langues vivantes-sciences) nouvellement créées en visant l’objectif de constituer des «humanités scientifiques».

Les professeurs doivent utiliser des dispositifs expérimentaux modernes et inédits. Dès 1904 Henri Abraham publie un recueil d’expériences élémentaires de physique avec la collaboration de 154 professeurs, chacun d’entre eux ayant fourni un exemple, une description d’appareils utilisés. Le premier bulletin de l’Union des physiciens va paraître en mars 1907…

Erick Staëlen

Professeur de sciences physiques,
Membre du bureau de l’association des
Amis du Musée national de l’Éducation,
des Musées de l’école et du
patrimoine éducatif

1. Date à laquelle s’est tenue à Paris l’Exposition internationale des arts et techniques -du 25 mai au 25 novembre