Équilibre, deuxième phase, première activité de groupe Déroulement

Dans cette phase, nous avons d’une part les enregistrements audio des groupes d’étu- diants et d’autre part, une trace écrite qui représente le bilan de leurs réflexions.

Après un examen rapide des questionnaires de la première phase, l’enseignant annonce que toutes les situations sont des situations d’équilibre et que les réponses données font état d’avis différents entre les membres d’un même groupe ; ceci pour justifier les débats

et les échanges à venir. Après quoi les élèves échangent leurs points de vue sur la ques- tion.

Certains étudiants demandent s’il est possible de donner une définition en terme éner- gétique par rapport au centre masse, etc…Il est important de dire que, puisque l’on ne possède aucune information chiffrée sur les systèmes présentés, il convient de trouver une définition suffisamment générale pour s’appliquer à des systèmes divers (pas seulement en mécanique) et ne faisant pas appel à ces informations. Cette intervention de l’ensei- gnant permet de préciser un peu plus le type de définition que l’on cherche et permet de décentrer le problème du champs de la mécanique.

Si tous les groupes s’accordent rapidement sur une définition assez proche de celle que nous visions, le groupe des « mécaniciens » parvient lui, rapidement, à une définition qui contient les aspects principaux que nous voulions voir surgir : le temps et les per- turbations. Pour reprendre les propres mots des étudiants de ce groupe, l’équilibre est défini de la façon suivante : « Un corps est en équilibre si, sans lui appliquer de force externe, il se maintient dans la même position durant un temps infini, sans être sujet à des perturbations. » (IMEC, 9 :20). Dans le groupe des « électriciens », après quelques échanges, il se dégage aussi un consensus autour de l’idée « Un système est en équilibre si sa position est invariante » (ILEC, 11 :40), sur la base des points communs relevés entre toutes les situations présentées.

Chez les « chimistes », avant même de lancer une première définition, les débats tournent autour de l’idée de mouvement mais sans dégager une formulation claire. Dans ces deux derniers groupes, l’aspect relatif aux actions extérieures sur le système est absent de la première définition donnée mais va surgir rapidement autour de la notion de stabilité, essentiellement par le biais de questionnements, de doutes :

— Donc il faudrait le [l’équilibre.] définir avec le mouvement ? Si quelque chose est stable, c’est nécessairement en équilibre ?

— Oui, je dirais que si c’est stable, cela veut dire que cela ne bouge d’aucune façon […] Cela se compense et c’est équilibré. (IQUI, 11 :05)

Ou encore :

— Ce que je dirais ici, c’est que tous ces systèmes sont stables, non ? Parce que…ils ne changent pas de position…alors peut-être que tous les systèmes qui sont stables sont en équilibre. On peut dire que pas tous les systèmes qui sont en équilibre sont stables.

Comme on le constate, plusieurs étudiants font état de manière explicite, entre eux, de leur manque de distinction entre équilibre et stabilité, et, de plus dans quasiment tous les groupes, des étudiants se rejoignent sur la conception « équilibre-immobile ». Dans le premier groupe mixte (GM1), par exemple, on peut entendre « Oui, tous sont en équilibre parce qu’aucun ne bouge » (GM1,16 :13). Cependant, dans un autre groupe mixte (GM3), les élèves mélangent équilibre et stabilité sans même y prêter attention et entament une discussion sur les influences externes/internes sur le système. Ces derniers, s’accordent sur une définition qui fait état de l’isolement du système, mais dans le sens de « s’il y a des influence externes alors il n’y a pas d’équilibre » : « L’équilibre, c’est quand un système reste invariant dans le temps, considérant qu’il n’y a aucun facteur externe » (GM3, 35 :20).

Certains groupes vont un peut plus loin, en donnant une définition en terme de constance d’une variable d’intérêt ou d’invariance globale comme : « Un système en équilibre est celui qui reste invariant dans le temps pendant qu’aucun agent extérieur ne le perturbe » (GM4) ou encore « C’est un état dans lequel, en l’absence de perturbation, le système se maintient dans la même configuration […] » (GM2). Ces définitions, bien qu’étant un peu plus générales que celles faisant intervenir la position (ou l’idée d’immobilité), demandent à être affinées. Elles seront donc conservées en l’état pour la phase suivante dans laquelle ces éléments seront discutés plus en détail (limites du système, quelles variables, action du milieu extérieur, etc.).

Analyse

Globalement, quasiment tous les groupes passent par une phase de discussion mêlant équilibre et stabilité, qui les conduit à discuter de l’effet des actions extérieures sur le système et qui réclame une régulation de la part de l’enseignant, ne serait-ce que pour rappeler que dans cette première partie, on ne s’intéresse pas à la stabilité. Ils s’accordent finalement en majorité sur une définition faisant ressortir le caractère « immobile » de l’équilibre à partir de l’observation des points communs des 4 situations présentées. C’était justement l’objectif de cette phase, ce qui valide donc l’indicateur correspondant I1e.

On remarque cependant deux faits non prévus initialement :

• Les systèmes/situations avec les personnages ne semblent poser aucun problème, ici

• Le lien entre la définition demandée et l’expérience est loin d’être clair

Concernant le premier point, la différentiation entre les deux personnages était attendue comme révélatrice de la conception « équilibre-instable », qui ici, n’apparaît donc pas. On peut penser que cette conception se ferait davantage sentir en cas de test réel, de demande de mise en position d’équilibre, comme cela se fait dans les activités sportives, et qu’ici, c’est le choix de présenter des photos qui a empêché la manifestation de cette conception. Cependant, on peut dire que cela n’est pas problématique dans la mesure où ce choix était aussi guidé par un souci de distinction et de mise en lumière des différences

systèmes libres/systèmes commandés. Or, c’est dans la deuxième partie avec le chariot

mobile, que l’on va pointer les différences de cette nature, entre ces systèmes. Pour cela on sera amené à revenir sur cette situation afin de questionner les élèves sur la nature du système « corps humain ».

Concernant le lien définition/expérience, il suffit d’une intervention de l’enseignant pour faire comprendre aux étudiants que l’on souhaite une expérience basée exactement sur la définition trouvée, et non l’exhibition d’un exemple comme beaucoup l’ont fait de manière spontanée. C’est un effet inattendu, qui permet cependant de travailler sur un aspect important permettant de relier une définition avec une expérience, en essayant de prendre en compte l’ensemble des aspects de la définition mais seulement ceux-ci (l’en- seignant devant inviter les étudiants à vérifier un à un tous les éléments présentés : s’il est fait mention d’invariance dans le temps, par exemple, comment faire pour vérifier cela ?).

7.5.4 Équilibre, troisième phase, second questionnaire individuel