Identification des conceptions
des enseignants marocains de physique,
du secondaire qualifiant

À propos de l'inertie, du mouvement inertiel
et du monde qu'il nécessite

Hassan Azzaoui, Nadia Benjelloun, Abdelkrim El Hajjami, Lotfi Ajana
 

Résumé
Cet article propose d'identifier certaines conceptions des enseignants marocains de physique, du secondaire qualifiant (lycée), à propos du concept de l'inertie, du mouvement inertiel et du monde nécessité par le principe d'inertie. Pour ce faire, nous nous sommes appuyés sur l'approche historique de ces trois concepts, ainsi que sur des constats concernant la manière avec laquelle ils sont véhiculés par les manuels scolaires du secondaire pendant les quatre dernières réformes des programmes qu'a connues notre pays depuis l'année 1979. Sur ces deux bases nous avons élaboré un questionnaire que nous avons soumis à 59 enseignants. L'analyse de leurs réponses nous a permis de mettre en évidence un écart entre les conceptions de ces enseignants et celles de la physique newtonienne prises comme référence. Des modes de pensée et des conceptions, analogues à ceux des pré-newtoniens, ont été détectés relativement à chacun des concepts étudiés.

Mots clés : conceptions, inertie, mouvement inertiel, monde, enseignants, physique newtonienne.

 
1. Introduction

   Le programme de la mécanique newtonienne occupe une plage horaire importante dans l'enseignement des sciences physiques au Maroc. La mécanique est enseignée aux trois années du secondaire scientifique qualifiant (lycée). La compréhension de ses trois lois est requise pour le cours de la mécanique I, qui est dispensé au premier semestre universitaire des filières scientifiques. Il en est de même pour les classes préparatoires aux grandes écoles d'ingénieurs (CPGE).

   L'histoire des idées et des obstacles épistémologiques franchis, avant l'élaboration du principe d'inertie, a fait l'objet de maintes études par les historiens des sciences (Meyerson, 1951 ; Koyré, 1968, 1973, 1986 ; Lecourt, 1999 ; Ben Jaballah, 2000 ; Signore,2012 ; et d'autres). Celles-ci ont fait de la formulation de ce principe, par Newton, l'événement historique séparant la physique pré-newtonienne (physique aristotélicienne et physique de l'impetus) de la physique moderne (physique newtonienne à l'époque). C'est à cette dernière que revient la construction de nouveaux cadres de pensée du monde et du mouvement, seulement dans lesquels, le principe d'inertie peut se comprendre.

   Certains didacticiens ont aussi mené des recherches sur la compréhension de certains points de vue du principe d'inertie, d'une manière directe ou indirecte, auprès des apprenants de différents âges et pays. Les approches historiques, en général, leur paraissent convenables (Viennot, 1996 ; Givry, 2003 ; Potvin et Thouin, 2003 ; Coppens, 2007), pour pointer et expliquer les conceptions et modes de raisonnement relatifs mobilisés.

   En effet, puisque la formulation de ce principe vient comme résultat d'évolutions conceptuelles du monde et du mouvement (Koyré, 1986), sa compréhension suppose alors une vision détaillée, plutôt que de se contenter de l'énoncer en bloc tel qu'il a été donné par Newton, ou reformulé par les physiciens avec plus de mathématisation. De tels énoncés se trouvent souvent véhiculés par les enseignants et les manuels de physique, cependant des difficultés dans l'apprentissage sont toujours, et partout, mises en relief comme nous allons le présenter.

   Ainsi, la promotion des objectifs de l'enseignement de cette première loi de Newton, dans le but de concevoir : le sens de la notion de l'inertie, la validité du mouvement inertiel dans toutes les directions et la conception du monde dans lequel s'effectue ce mouvement, nous parait d'une importance capitale pour approcher cette loi.

2- Contextes et Problématique

   Nous allons, volontiers, pointer certaines idées de la pensé scientifique ayant favorisé l'élaboration du principe d'inertie, puis, sans toutefois prétendre l'exhaustivité, citer certains travaux dont nous avons pris connaissance. Enfin, des constats appropriés sont relevés à partir des manuels scolaires officiels, avant de clore avec le choix du problème spécifique et poser les questions de recherche.

2.1- Contextes d'élaboration du principe d'inertie : un survol historique

   L'histoire des sciences met à notre disposition l'évolution du sens de chacun des concepts étudiés, le contexte de leur construction, avant de leur faire subir une transposition didactique au sens de Yves Chevallard (1985).

2.1.1. Conception du monde

   Koyré (1973), a ramené les changements produits par la révolution du XVII^e siècle, concernant l'ancienne et la nouvelle conception du monde, à deux éléments principaux. Le premier, auquel nous nous intéressons, consiste d'une part à « la destruction du monde conçu comme un tout fini et bien ordonné » (Koyré, 1973, p. 11). Celui-ci comprend, selon la physique d'Aristote, deux régions : la région(ou monde) sublunaire de changement et de corruption, et la région (ou monde) supralunaire impondérable et incorruptible. En plus, les corps célestes, toujours selon la conception aristotélicienne du monde, sont des réalités plus parfaites et leurs mouvements sont régis par d'autres lois que dans la région sublunaire.

   Après la destruction du cosmos, vient « la substitution à celui-ci d'un Univers infini, ne comportant plus aucune hiérarchie naturelle et uni par l'identité des lois qui le régissent dans toutes ses parties » (Koyré, 1973, p. 11). En effet, puisque le mouvement rectiligne uniforme est infini de par sa nature, le mouvement inertiel ne peut se concevoir dans un monde clos, mais plutôt, dans un univers newtonien infini. Autrement dit, « la loi d'inertie implique un univers infini » (Koyré, 1968, p. 95). En bref, le monde est vu, par la physique classique, comme un « univers (infini) où les lois sont précisément universelles » (Lecourt, 1999, p. 963)

2.1.2. Signification du terme inertie

   Le terme inertie revient à Kepler, il veut dire pour lui : « résistance naturelle au mouvement » (Koyré, 1986, p. 164, note : 3). En empruntant ce terme à Kepler, Newton lui a attribué une autre signification. Ainsi, un corps matériel, en vertu de son inertie, « persévère dans son état actuel, de repos ou de mouvement uniforme en ligne droite » (Koyré, 1968, p. 97).

   Pour les sources auxquelles le grand public peut avoir accès, on trouve le sens newtonien et d'autres. Par exemple, dans le petit Larousse, lorsqu'on se réfère à la mécanique, l'inertie est une « propriété de la matière qui fait que les corps ne peuvent d'eux- mêmes modifier leur état de mouvement ». Le dictionnaire en ligne CNRTL reprend un sens analogue, il s'agit d'« une propriété qu'ont les corps et la matière, de ne pouvoir par eux mêmes, changer l'état de repos ou de mouvement dans lequel ils se trouvent ». L'inertie vient donc comme une résistance opposée à tout changement d'un état pour un autre.

   Cependant, le terme inertie est utilisé dans une grande variété de contextes différents. Ainsi, le dictionnaire en ligne CNRTL rappelle qu'en chimie, l'inertie est la « propriété d'un corps de ne pas réagir au contact d'un autre corps ». En physiologie, l'inertie se dit de la « perte de contractilité des muscles d'un organe ». En politique, l'inertie se dit pour l'« absence de réaction et d'initiative », ou alors pour l'« état d'immobilisme ».

   Ces utilisations, en dehors du contexte de la mécanique newtonienne, ne laissent-elles pas s'imprimer dans la mémoire des enseignants, des significations de l'inertie proches de celle de Kepler ? Ce dernier n'a-t-il pas admis que « le corps, inerte par nature, possède une tendance au repos ; une impuissance naturelle au mouvement » ? (Koyré, 1986, p. 314).

2.1. Validité du mouvement inertiel dans toutes les directions

   Le principe d'inertie ne privilégie aucune direction. En effet, en l'absence de toute action extérieure, il vient dans l'énoncé de ce principe que « tout corps persévère dans l'état de (...) mouvement uniforme en ligne droite dans lequel il se trouve » (Signore, 2012, p. 49). Bien sûr, dans lequel il se trouve, aucune direction n'est alors exceptée, ni spécifiée. Le mouvement inertiel est, sans réserve, vérifié dans toutes les directions de l'espace à moins que quelque force n'agisse sur le corps. Cependant, les essais galiléens ne le présentaient que dans un plan horizontal (Givry, 2003, p. 46).

2.2. État des lieux des travaux didactiques

• Coppens (2007), dans sa thèse de doctorat, a développé des exercices informatisés permettant le suivi des conceptions des lycéens à propos des 3 lois fondamentales de la mécanique et les concepts qui en découlent. Il s'est basé sur une analyse bibliographique d'études didactiques déjà établies. En ce qui concerne la première loi de Newton, tous les résultats cités [1] montrent une conception erronée, mobilisée par les élèves, exprimant une adhérence force-vitesse en des situations différentes. Pour l'auteur, en plus de biaiser la 2^e loi de Newton, cette adhérence est à la base de plusieurs raisonnements communs. Ainsi, le repos implique une absence de force, ou alors, pas de force implique pas de vitesse, donc pas de mouvement. Ce qui met en cause le principe d'inertie. Mais, si Coppens précise qu'« une condition indispensable pour considérer qu'un élève a convenablement assimilé un concept physique est qu'il ne mobilise plus de conception erronée, quelle que soit la situation proposée » (Coppens, 2007, p. 28), nous nous demandons, si l'adhérence force-vitesse, est la seule conception erronée à ne plus mobiliser pour dire que le principe d'inertie est assimilé ?

• Grenier (2001), enseignant du secondaire à l'époque, propose dans son mémoire académique une expérimentation de deux séquences d'enseignement aux élèves de seconde pour contourner leurs difficultés relatives à la compréhension et l'application du principe d'inertie. Au terme de ces séquences, il souligne que les élèves ont « émis en majorité l'hypothèse, qu'en l'absence de frottements, un corps en mouvement rectiligne uniforme, ne va pas s'arrêter » (Grenier, 2001, p. 16). Mais lorsque nous suivons les situations proposées, soient celles pour aborder le principe d'inertie, soient celles faisant mobiliser ce principe afin d'évaluer sa compréhension chez les élèves, nous trouvons qu'elles sont toutes présentées horizontalement et sur des plans finis. Cependant, la déduction hypothétique « ne va pas s'arrêter », laisse concevoir que le mouvement rectiligne uniforme en l'absence de frottements, exige un monde non fermé.

• Givry (2003), et à partir des programmes français datant de 1998 (3^e, 1^re, terminale) et des manuels scolaires correspondants, conclut que « le concept d'inertie, lorsqu'il est utilisé implicitement, est quasiment toujours présenté horizontalement » (Givry, 2003, p.49). Puis l'analyse des résultats d'un questionnaire ciblant des élèves, des étudiants et des enseignants de physique, lui permet de noter, en particulier, que « les enseignants mobilisent plus le concept de frottement que d'inertie », avant de généraliser que « les enseignants aient, comme les élèves, des difficultés à mobiliser plusieurs concepts pour expliquer une situation donnée. » (Givry, 2003, p.54). Nous notons d'abord ce caractère horizontal du mouvement inertiel, véhiculé par les programmes et manuels scolaires étudiés, qui met à l'étroit la loi d'inertie. Ensuite, les difficultés éprouvées par les enseignants interrogés.

• Nos résultats de recherche (Azzaoui et al., 2007), auprès des étudiants universitaires marocains ayant déjà terminé le module de la mécanique du 1^er semestre, montrent que seulement 15 % d'entre eux conçoivent, d'après le principe d'inertie, qu'un corps libre dans l'espace, est en mouvement rectiligne uniforme, et donnent une représentation droite faisant apparaître des positions de son point central, régulièrement espacées durant 1 seconde. Ce travail confirme la présence de difficultés, chez les étudiants, de se mettre correctement dans le contexte du principe d'inertie dans l'espace. Notre recherche conclut par remettre en question les objectifs et les méthodes d'enseignement de la mécanique au secondaire.

2.3. Quelques constats à partir des manuels scolaires

   Une analyse, que nous n'avons pas encore publiée, des différents manuels scolaires de physique adoptés par le ministère de l'éducation nationale, ainsi que les instructions officielles correspondantes, montre que le principe d'inertie figurait toujours dans la majorité des chapitres de la mécanique enseignés aux trois années du secondaire qualifiant (lycée). Et ce, durant les quatre réformes des programmes d'enseignement qu'a connues le Maroc depuis 1979. Nous en tirons les constatations suivantes :

• Lorsque le principe d'inertie est étudié séparément, le mouvement inertiel n'est traité qu'horizontalement. En effet, nous ne trouvons dans les manuels scolaires que des situations mettant en jeu des objets en mouvement horizontal sur des plans réels, finis par leur nature. Pour enregistrer un tel mouvement on utilise : des autoporteurs sur table ; des cavaliers ou chariots sur banc à coussin d'air ; un corps, non défini, sur un plan ; etc. Cependant, dans de nombreuses fois, le principe d'inertie vient comme « cas particulier » de la relation fondamentale de la dynamique (MEN, 7^e AS, 1981, p. 70 ; MEN, 3^e SM, 1989, p. 6 ; MEN, 3^e SM 1996, p. 32 ; etc.).

• Les repères de référence dans lesquels le principe d'inertie est énoncé, sont généralement dits « liés à la terre » (MEN, 2^e S.EX, 1988, p. 125 ; MEN, 3^e SM, 1996, p. 25 ; MEN, TCS, 2005, p. 35 ;...). Une telle restriction, fréquemment mobilisée dans les manuels scolaires et par conséquent par les enseignants et leurs élèves, risque d'exclure les corps célestes, de l'applicabilité de la loi inertielle. Voire, hiérarchiser inconsciemment le monde physique en sublunaire et supralunaire.

• Dans les programmes et manuels scolaires des trois dernières réformes (arabisées depuis 1987), bien que le principe d'inertie et la relation fondamentale de la dynamique y soient présents, la notion d'inertie n'est jamais définie.

• Absence quasi totale de tout discours sur le monde dans lequel s'effectue le mouvement inertiel.

En conséquence

   Bien que ces recherches, choisies parmi d'autres, apportent des éclairages intéressants au profit de l'enseignement et l'apprentissage du principe d'inertie, leur portée reste limitée. Ensuite, les points d'intérêt, à propos de l'enseignement du principe d'inertie, des concepteurs de programmes et manuels scolaires n'atteignent pas ceux des historiens. Nous nous permettons, dans cet article, de pousser la recherche vers un élargissement du champ de préoccupation des didacticiens, tout en nous intéressant spécifiquement à l'enseignant comme acteur principal dans la construction des conceptions chez les élèves.

   En effet, la compréhension du principe d'inertie ne peut se faire dans un contexte pré-newtonien. La physique newtonienne, caractérisée par Kuhn de« révolution newtonienne » [2], a amené un « déplacement des problèmes offerts à la recherche scientifique » (Kuhn, 1983, p. 24). Ainsi, la conception du cosmos est rejetée en faveur de celle de l'univers. Le sens de la notion d'inertie n'est plus celui de Kepler. Le mouvement inertiel ne privilégie aucune direction [3]. Par conséquent, si Laurence Viennot (2002, p. 12) met en premier lieu l'analyse du « contenu de connaissance visé » pour toute stratégie d'enseignement soigneusement construite, Il en découle que l'enseignement du principe d'inertie doit tenir compte de ces trois changements apportés par la physique newtonienne.

   Nous sommes alors amenés à prendre comme problème spécifique de notre étude, l'identification des conceptions de nos enseignants de physique, au secondaire qualifiant, à propos de la notion de l'inertie, des directions du mouvement inertiel et du monde qu'il nécessite. Et ce, à travers trois questions de recherche.

2.4. Questions de recherche

Question 1 : Les enseignants de physique, au secondaire qualifiant, se permettent-ils de s'affranchir du cosmos aristotélicien fermé, pour un univers infini qu'exige le mouvement inertiel ?

Question 2 : Les enseignants adoptent-ils, pour la notion d'inertie, le sens donné par la physique classique, ou restent-ils képlériens ?

Question 3 : Le mouvement inertiel peut-il prendre, d'après les enseignants, d'autres directions que celles de l'horizontale ?

3. Méthodologie

   Trois conceptions des enseignants sont à relever à propos des trois concepts suivants : l'inertie, les directions du mouvement inertiel et le monde dans lequel s'effectue ce mouvement. Le questionnaire à choix multiples reste l'outil le plus approprié de la collecte de données.

3.1. L'échantillon

   Notre échantillon est composé de 59 enseignants (45 hommes et 11 femmes), ils ont tous rempli et rendu le questionnaire. Leur ancienneté moyenne est de 25 années d'exercices au secondaire qualifiant. Ils ont déjà enseigné les chapitres de la mécanique, y compris ceux ou celui du principe d'inertie, plusieurs fois et pour des niveaux différents. Et sans doute, suivant des approches d'enseignement de ce principe, qui varient d'une réforme des programmes à l'autre.

3.2. Le questionnaire

   Le contenu du questionnaire a été élaboré en nous appuyant sur nos lectures dans différentes références de l'histoire des sciences, traitant le principe d'inertie. Ainsi, des conceptions du monde et du mouvement, selon des théories [4] différentes, se sont imposées avant d'être rejetées au profit d'autres qui sont nouvelles.

3.3. Présentation du questionnaire

   10 questions au total, ont été formulées en concertation avec les membres du laboratoire de recherche LIRDIST, avant la distribution finale. Pour chaque question, le répondant a le choix entre « D'accord » avec ce qu'elle propose, et « Pas d'accord ». Un choix « Autre » pour chaque question, donne l'occasion au répondant de donner une remarque ou un point de vue qu'il estime convenable, et que nous allons analyser d'une manière qualitative.

   Si aucun choix n'est coché pour une telle question, aucune note n'est mentionnée, cela veut dire, pour nous, que le répondant n'arrive pas à se situer. La fréquence d'un tel comportement, que nous mentionnons sur nos résultats « Sans réponse », traduit éventuellement, une imprécision chez les enseignants.

4. Analyse des données

   Les données de notre recherche sont quantitatives. Nous notons, après codage nécessaire, la fréquence et le pourcentage de chacun des choix correspondant à chacune des réponses. Les données relatives à chaque question de recherche sont groupées dans un même tableau.

4.1. Résultats de la question 1

   Les 6 questions, à trois choix, relatives au concept « Monde »sont présentées en deux parties : 3 d'entre elles, se rapportent à la dimension du monde, et 3 autres, à l'identité des lois régissant les mouvements des corps célestes et des corps terrestres :

   Les résultats sont présentés dans le tableau 1, et leur interprétation sera faite partie par partie.

Tableau 1 : La fréquence et le pourcentage des 3 choix de réponse
à chacune des questions relatives au « Monde ».

Partie 1 : Dimension du monde

   Pour rendre lisible ces résultats, nous avons effectué un croisement des questions A₂₃ et A_21. Ainsi, 4 catégories sont éventuelles pour la conception de la dimension :

• Une première catégorie qui a choisi de cocher « d'accord » pour la dimension infinie du monde, et « d'accord » pour la dimension finie. Nous l'avons nommée « Ambiguë ».

• Une deuxième catégorie qui a choisi de cocher « d'accord » pour la dimension infinie du monde physique, et « Pas d'accord » pour la dimension finie. Nous l'avons nommée « newtonienne ».

• Une troisième catégorie qui a choisi de cocher « Pas d'accord » pour la dimension infinie du monde physique, et « D'accord » pour la dimension finie. Nous l'avons nommée « pré- newtonienne ».

• Une quatrième catégorie qui a choisi de cocher « Pas d'accord » pour la dimension infinie du monde physique, et « Pas d'accord »' pour la dimension finie. Nous l'avons nommée « Sans conception ».

   Le pourcentage de chacune des catégories existantes est comme suit :

Figure 1. Conception des enseignants à propos de la dimention du monde.

   Nous retenons donc que 59 % des enseignants de notre échantillon qui ont répondu aux questions relatives aux dimensions proposées du monde, disent d'accord pour un monde ouvert donc infini comme le prévoit un mouvement rectiligne uniforme, et « pas d'accord » pour un monde fermé soit donc fini comme le croyait la physique aristotélicienne. Leur conception est alors newtonienne.

   Cependant, 15 % des enseignants interrogés sont pré-newtoniens. Ils sont pour un monde clos qui, implicitement, ne favorise pas en fait, un mouvement rectiligne uniforme. Et, 26 % n'ont aucune conception sur la dimension du monde physique. Ils ne sont d'accord ni avec un monde infini ni avec un monde fini.

   Enfin, nous avons relevées sur la case « Autre » les notes suivantes [5] :

   Pour les questions A₂₁, A₂₂ et A₂₃, un enseignant ne coche aucune réponse et note « ne dépend pas d'espace ». Comme si le mouvement rectiligne uniforme d'un corps ne nécessite pas d'espace pour s'effectuer !

   Un autre, répond « D'accord » pour la question A_22, et justifie « réellement ». De même, pour A_23, il coche « D'accord » mais note « théoriquement ». Ce type de réponse laisse supposer un mouvement rectiligne uniforme réel, qui finit par s'arrêter ; et un autre théorique qui persévère. Or, le mouvement rectiligne uniforme est infini de par sa nature. Il nécessite donc un monde infini.

Partie 2 : Identité des lois du mouvement

   En ce qui concerne l'identité des lois régissant les mouvements des corps célestes et corps terrestres, 4 catégories sont éventuelles là aussi :

• « Ambiguë », voire contradictoire, pour ceux qui cochent « D'accord » pour lois identiques, et « D'accord » pour différentes ;

• « newtonienne », pour ceux qui cochent « D'accord » pour lois identiques, et « Pas d'accord » pour différentes.

• « pré-newtonienne » pour ceux qui cochent « Pas d'accord » pour lois identiques, et « D'accord » pour différentes ;

• « Sans conception », pour ceux qui cochent « Pas d'accord » pour lois identiques, et « Pas d'accord » pour différentes ;

   Le pourcentage de chacune de ces catégories est comme suit :

Figure 2. Conception des enseignants à propos de l'identité des lois du mouvement.

   43,5 % pensent que les lois régissant les mouvements des corps célestes, et celles régissant les mouvements des corps terrestres sont identiques. En plus, pour eux ces lois ne peuvent être différentes. Le monde est alors, uni par ses lois de mouvement dans toutes ses parties. Autrement dit, il n'est pas hiérarchisé.

   Pour 2 %, ils acceptent que les lois de mouvement soient identiques, et différentes en même temps. Il s'agit bien d'une ambiguïté dans leur attitude vis-à-vis des lois de mouvement.

   Alors que pour plus de 41 %, ces lois ne sont pas identiques, comme elles ne sont pas différentes. Ils sont, pour ainsi dire, sans conception.

   Les pré-newtoniens, cette fois-ci, représentent 13 %. Leur monde a deux régions supralunaire et sublunaire, dont chacune est régie par ses propres lois.

   Nous retenons de ces deux parties que, quoique certains enseignants du secondaire qualifiant mobilisent bien la conception de l'univers conformément à la physique classique, une partie importante de notre échantillon, éprouve des difficultés à concevoir que le monde, nécessité par le mouvement inertiel, est infini : (15 % le conçoivent comme fini, et 26 % ne possèdent aucune conception). En plus, à part 43,5 % de nos enseignants, les autres n'arrivent pas à concevoir que les lois qui régissent les mouvements des corps célestes sont identiques à celles régissant les mouvements des corps terrestres.

4.2. Résultats de la question 2

   Pour répondre à cette deuxième question de recherche concernant la signification de l'inertie, nous avons posé les 3 questions à trois choix de la façon suivante :

   Les résultats sont présentés dans le tableau 2 suivant :

Tableau 2 : La fréquence et le pourcentage des 3 choix de réponse
à chacune des questions relatives au concept « Inertie ».

   Pour être de la catégorie newtonienne, il ne suffit pas de reconnaître la signification de l'inertie selon la physique classique, mais encore de rejeter la signification képlérienne. C'est la raison pour laquelle nous avons croisé les résultats de chacune des deux significations newtoniennes, avec ceux de la signification képlérienne. 4 catégories sont attendues pour chaque opération :

Premier croisement

   Le pourcentage de chacune des 4 catégories, lors du regroupement de la signification de l'inertie comme « persévérance du corps dans l'état de mouvement ou de repos » avec celle donnée par Kepler comme étant la « résistance du corps au mouvement », est représenté dans la figure3. Et les catégories sont comme suit :

• Une catégorie « contradictoire », répondant « D'accord » pour la conception newtonienne et « D'accord » pour celle képlérienne.

• Une deuxième, « newtonienne » acceptant la conception newtonienne de l'inertie, et refusant la képlérienne.

• Une troisième, « képlérienne », ayant coché « D'accord » pour la conception képlérienne de l'inertie, et « Pas d'accord » pour celle newtonienne.

• Pour la quatrième, elle est « Sans conception » : elle refuse la conception de la mécanique classique et refuse celle de Kepler.

Figure 3. Conception des enseignants relative à l'inertie :
persévérance dans l'état x résistance au mouvement.

   Nous constatons(Figure 3) que seulement 25 % des enseignants, parmi ceux qui ont coché le choix convenable de l'une et l'autre question à propos de l'inertie, appartiennent à la catégorie newtonienne. Alors que 37 % sont képlériens. Cependant, 38 % n'ont pas de conception claire envers le concept d'inertie, ou alors, ils ont des conceptions contradictoires. Soient donc, 75 % au total, qui ne savent pas la signification de l'inertie d'un corps, telle qu'elle est introduite par Newton en physique classique.

   Pour interpréter le pourcentage élevé de la catégorie « képlériens », nous proposons revenir aux différentes utilisations du terme d'inertie citées ci-dessus. Celles-ci font, plus ou moins, partie du quotidien des enseignants de physique-chimie. Nous citons par exemple comme sens : la « propriété d'un corps de ne pas réagir », habituellement donné pendant les cours de chimie au secondaire ; celui utilisé dans le contexte physiologique et qui est largement vulgarisé ; et celui utilisé dans le contexte politique, qui est fréquemment repris par les masses médias.

   En effet, toutes ces significations sont proches de celle présentant l'inertie d'un corps comme « résistance au mouvement », telle qu'elle est chez Kepler. Cependant, dans le contexte d'enseignement de la mécanique au lycée, rien ne rappelle la signification newtonienne du concept d'inertie dans son rapport au mouvement.

Deuxième croisement

   Le pourcentage de chacune des 4 catégories, obtenues lors du regroupement de la signification de l'inertie comme « résistance opposée à tout changement d'un état actuel d'un corps, pour un autre état » avec celle donnée par Kepler comme étant la « résistance du corps au mouvement », est représenté dans la figure 4 :

Figure 4. Conception des enseignants relative à l'inertie :
résistance contre le changement x résistance au mouvement.

   Par comparaison aux résultats du tableau 3, le pourcentage des newtoniens reste pratiquement le même 26 %, ainsi que celui de ceux qui n'ont pas de conception claire envers le concept d'inertie, soit 22 %. Mais un saut dans le pourcentage de ceux qui réunissent des conceptions antagonistes, est bien remarqué, soit 34 % au lieu de 16 %. Alors que celui des képlériens a baissé pour devenir 18 %.

Dans un essai d'interprétation du saut d'augmentation du taux de la catégorie « contradictoire », nous disons que cette perturbation, qui laisse les répondants glisser même la conception « képlérienne » (dont le pourcentage passe de 37 % à18 %), revient, à notre avis, à l'introduction simultanée des deux notions, de la mécanique classique, encore ambiguës : la notion « état » dans la première conception newtonienne de l'inertie, et « changement d'un état » dans l'autre. Ces deux notions historiques sont apparues avec la formulation du principe d'inertie. La première rompt avec la conception aristotélicienne du « mouvement processus », ayant vécu plus de deux milles ans (Koyré, 1968, p.94). Et la deuxième prévoit la relation fondamentale de la dynamique, par opposition au fait de considérer le principe d'inertie comme « cas particulier » de cette relation, comme il est fréquemment utilisé dans les programmes et manuels scolaires du lycée (cité ci-dessus).

   Enfin, la catégorie « newtonienne », d'enseignants qui adoptent la conception de la physique classique relative à l'inertie, et rejettent celle képlérienne, apparaît minoritaire avec un pourcentage de 25 %. Soit alors, 75 % qui enseignent le principe d'inertie, avec une conception non newtonienne du concept « inertie ». Autrement dit, la conception newtonienne de l'inertie est loin d'être claire chez la majorité de nos enseignants.

4.3. Résultats de la question : 3

   Question proposée :

   Notre seule question est directe. Elle demande aux enseignants de définir leur position d'une manière claire, vis-à-vis de la possibilité de la persévérance du mouvement inertiel d'un corps, dans une direction inclinée ascendante. Cette question ne précise aucun degré d'inclinaison. Tous les degrés sont possibles, par suite toutes les directions le sont aussi. Si les répondants choisissent « D'accord » pour l'une, ils acceptent toutes les autres, et par conséquent, ils adoptent la conception newtonienne pour laquelle le mouvement inertiel d'un corps, est valable dans toutes les directions de l'espace, tant que rien ne le pousse à changer d'état.

   Selon le tableau 3, ceux qui sont d'accord avec la validité du mouvement inertiel dans toutes les directions représentent 15 %. Alors que ceux qui ne sont pas d'accord, représentent 66 %. Cependant, ceux qui ne cochent aucun choix représentent 19 %.

   La majorité des enseignants soit 66 %, refuse que le mouvement inertiel se fasse dans une direction inclinée et ascendante. Par suite, elle n'est pas d'accord avec la validité du mouvement inertiel dans toutes les directions de l'espace. Et 19 % sont indécis, ils restent sans réponse.

   Dans une tentative d'interprétation, nous constatons, avec un survol historique, combien l'analogie est-elle remarquable. Ainsi, pour Galilée, l'expression du principe d'inertie n'est considérée que sur un plan horizontal. Il ne pouvait pas s'abstraire de la réalité. Il avait, pour ce faire, besoin d'un plan étendu « afin de neutraliser l'action (...) de la pesanteur » (Koyré, 1986, p. 295). Autrement dit, afin de réaliser le pseudo isolement de ses corps pesants. Sinon, sur cette même surface plane, mais inclinée ascendante, le mobile « irait en retardant », alors qu'il est « accéléré » au cas d'inclinaison descendante (Koyré, 1986, p. 228).

   Nos enseignants, ne conçoivent-ils l'inclinaison qu'associée avec une surface plane ? Et par suite, une direction inclinée et ascendante, mobilise-t-elle de prime abord, une surface plane inclinée et ascendante sur laquelle le corps n'est pas automatiquement pseudo isolé ?

   Comme une telle condition « ne peut se réaliser » que sur un plan horizontal convenable, le mouvement inertiel n'est conçu alors qu'horizontalement chez la majorité écrasante des enseignants. Ce ne sont que 15 % d'entre eux, qui conçoivent que ce dernier est valable dans toutes les directions de l'espace.

   Nous pensons que ce que l'on peut appeler les « traditions de la transposition didactique appliquée au principe d'inertie », ont un impact majeur sur la manière de concevoir ce principe chez les enseignants. En effet, celles-ci ne font apparaître l'inertie qu'horizontalement, et pour des corps seulement pseudo isolés sur des surfaces planes. Ne faut-il pas s'abstraire du réel, jusqu'au point d'étudier le principe d'inertie d'un système tout à fait isolé, au vrai sens de la mécanique newtonienne, pour pouvoir rompre avec de telles difficultés, et accepter la validité du mouvement inertiel dans toutes les directions de l'espace ?

5. Conclusion

   Dans notre étude les conceptions erronées des enseignants sont mesurées par rapport à leur écart à celles du modèle newtonien. En général, les résultats analysés montrent que la majorité des enseignants mobilisent, pour les concepts étudiés, des conceptions puisant dans des modèles pré-newtoniens (Aristote ; Kepler ; Galilée), ou n'ont pas du tout, des conceptions claires.

   Ainsi, 75 % des enseignants de notre échantillon, ne conçoivent pas l'inertie au sens de la mécanique classique. Cependant, ils enseignent le principe d'inertie, considéré comme étant la première loi de celle-ci.

   Le mouvement inertiel n'est conçu, chez nos enseignants, qu'horizontalement, tel qu'il était chez Galilée. Ce ne sont que 15 % qui conçoivent la validité du mouvement inertiel dans toutes les directions de l'espace.

   Ensuite, les lois qui régissent les mouvements des corps célestes et des corps terrestres ne sont identiques, comme l'a établi la physique classique, que pour moins de 44 % des enseignants. Donc, plus que la moitié adoptent une conception aristotélicienne ou n'ont pas de conceptions précises vis-à-vis de l'identité des lois de mouvement.

   Enfin, une grande partie des enseignants (plus de 41 %), ne conçoivent pas que le mouvement inertiel, qui est un mouvement rectiligne uniforme, exige un monde ouvert infini.

Hassan Azzaoui¹
hassanazzaoui2003@yahoo.fr
Nadia Benjelloun¹
Abdelkrim El Hajjami²
Lotfi Ajana²

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1 - Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche en Didactique des Sciences et Techniques (LIRDIST), Faculté des Sciences Dhar El Mehraz, Université Sidi Mohamed Ben Abdellah-Fes, Maroc.

2 - Laboratoire TICFS, École Normale Supérieure, Fès, Maroc.

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NOTES

[1] L'auteur cite, à titre d'exemple, à la page 22 : Viennot, 1979 ; Clément, 1982 ;Gunstone, 1987 ; Enderstein et Spargo, 1996 et, Mildenhall et Williams, 2001.

[2] Il y'a révolution scientifique lorsqu'on « rejette une théorie scientifique consacrée par le temps en faveur d'une autre » (Kuhn, 1983, p. 23).

[3] Ce principe est valable dans toutes les directions (Givry, 2003, p. 46).

[4] À savoir la physique aristotélicienne, la physique de l'impetus, avant d'instaurer la physique newtonienne.

[5] Ce sont les seules notes relevées dans tout le questionnaire.