Analyse de la quatrième phase N45a : l’étude de la condensation à travers deux expériences

Contextualisation de l’Extrait A5

Après l’étude de l’ébullition, l’enseignante demande, aux élèves, comment il est possible de transformer l’eau qui s’est évaporée et qui est à présent sous forme de gaz en eau liquide. Il est rapidement dégagé que, puisqu’il a fallu chauffer pour créer la vapeur d’eau, c’est en la refroidissant qu’elle retourne à l’état liquide. Après quelques échanges sur les moyens à mettre en œuvre pour refroidir la vapeur d’eau, l’enseignante décide et applique le protocole suivant : elle place, sur le trajet de la vapeur d’eau, un miroir froid.

Extrait A5 : l’enseignante établit que la buée et les nuages sont de l’eau à l’état liquide

335. Ens: (met le miroir au-dessus de l'eau de la bouilloire) qu'est-ce qui s'est passé ↑(passe dans les rangs pour montrer le miroir couvert de buée)

336. El: y a de la buée

337. Ens: y a de la ↑

338. El: buée

339. Ens: et la buée c'est quoi/ la buée c'est fait de quoi↑/ ce qu'on appelle la buée↑

340. Elg: c'est de l'eau évaporée

341. Ens: non c'est pas de l'eau évaporée/ là elle est pas évaporée/ regarde là/ elle est faite de quoi↑/ la buée elle est faite de quoi là↑/ vous me dites c'est de la buée/ la buée là c'est quoi↑/ si on la regarde de près elle est fabriquée de quoi↑

342. El: d'eau

343. Ens: d'eau quoi/ d'eau gaz/ d'eau liquide↑

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Extrait A5 : l’enseignante établit que la buée et les nuages sont de l’eau à l’état liquide – S4 [(1:03:00) - (1:10:00)]

345. El: de gaz

346. El: d’eau chaude

347. Ens: j'avais ma bouilloire euh (dessine au TN) je suis moins douée aujourd'hui que la semaine passée/ j'avais ma bouilloire chut/ j'ai de l'eau gaz qui est sortie chut/ là je le fais à la craie alors on la voit mon eau gaz mais nous là on la voyait pas/ j'ai de l'eau gaz qui est sortie d'accord/ on appelle ça de la vapeur d'eau/ elle est chaude↑/ elle est froide↑

348. El: elle est chaude

349. Ens: mon eau a chauffé suffisamment/ eh oh là y en a qui sont pas là/ mon eau/ vapeur d'eau c'était mon eau liquide qui a chauffé beaucoup qui est devenue gaz/ on appelle vapeur d'eau et puis paf je viens lui mettre un miroir// qu'en plus j'ai rafraichi/ mais celui de la salle de bain j'ai pas eu besoin de le mettre dans le frigo mais que j'ai rafraichi/ un miroir froid/ et mon eau vapeur elle va venir toucher le miroir froid et puis là ça va provoquer quoi/ vous quand vous touchez un glaçon/ quand vous touchez quelque chose de froid ça vous fait quoi/ David

350. Dav: ça nous fait ben

351. Ens: ça te fait quoi quand tu tiens un glaçon dans la main Alessia

352. Ale: ben ça fond

353. Ens: ça te fait froid à la main

354. El: ça fond

355. Ens: ça fond ça te fait/ ça te rafraichit/ ça va faire pareil/ la vapeur qui va lui arriver dessus il va la rafraichir et du coup ça sera plus du gaz ça va redevenir des petites gouttes d'eau sur mon miroir et ces petites gouttes d'eau c'est ce que vous appelez la buée chut/ Alexandra/ donc la buée c'est de l'eau qui est redevenue liquide (finit le dessin ; cf

Figure 21)/ c'est de l'eau qui était en gaz parce qu'elle était/ elle a été chauffée suffisamment pour devenir gaz/ elle se rafraichit et elle redevient liquide/ ok/ on va essayer de tourner la page dans votre livre/ page trente (les élèves vont à la page 30 du manuel) /à cette page trente/ y a l'exercice trois qui dit comment se forment les nuages vous avez vu/ alors on va essayer de faire un petit peu comme si/ même si on est/en classe on va modéliser ça/ chut/ qui peut lire ce qui écrit là/ comment se forment les nuages/ Marina vas-y

356. (Lecture du protocole de modélisation des nuages et mise en place de l’expérience : un récipient rempli d’eau chaude est recouvert avec un saladier ; cf. Figure 22) (…)

357. Ens: on voit de la buée/ vous voyez que l'air est un peu plus en plus/ on voit que les parois de mon verre est de moins en moins transparent parce que qu'est-ce qui est en

train de se passer c'est que le gaz de l'eau est en train de venir se mettre sur la parois et de redevenir liquide/ quelque part là on est en train de former un petit peu un nuage/ imaginons que mon récipient là c'est la mer/ ou un lac/ ou un étang/ qui s'évapore avec la chaleur du soleil/ le contact avec l'air/ et/ sur la planète Terre cet air est contenu quand même avec la couche d'ozone/ cet air il va/ quand ce gaz va s'évaporer il va monter en altitude et puis on monte en altitude plus il fait

358. El: froid

359. Ens: froid/ donc mon gaz sous forme vapeur d'eau il va se rafraichir et en se rafraichissant il va se condenser on appelle ça et il va former un nuage/ mais alors parce qu'on vient de dire là Maël on est en train de se rendre compte Dayana/ que les nuages ils sont pas

fabriqués avec de la vapeur/ que les nuages ils sont constitués de plein de toutes petites gouttes d'eau/ un nuage c'est pas de l'eau gaz/ un nuage c'est de l'eau liquide/ et quand il commence à y avoir beaucoup beaucoup beaucoup de gouttes d'eau au bout d'un moment le nuage qui craque / hein/ va tomber en précipitation et ça va nous faire de la pluie/ d'accord/ donc c'est ça qui se passe/ donc oublier le fait que la vapeur qu'on voit/ le nuage qu'on voit qui sort de la bouilloire/ le nuage qu'on voit dans le ciel ce n'est pas de l'eau gaz/ c'est déjà de l'eau qui est en train de se refroidir et redevenir petite goutte d'eau ok/ ça c'est quelque chose de nouveau que vous ne pensiez pas/

Figure 21 : Dessin de l’expérience au TN par Amélie

Figure 22 : Expérience de modélisation des nuages

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Analyse [méso/topo/chronogenèse]

La plupart des objets introduits dans le milieu traitent de l’interprétation des deux expériences de condensation et de leur lien avec la formation des nuages.

- Première expérience

Lorsqu’Amélie passe dans les rangs pour montrer aux élèves le miroir couvert de buée, les élèves amènent rapidement l’objet « buée » (TdP 336, 338), qu’Amélie valide aussitôt (TdP 339). Amélie tente de leur faire préciser la nature de la buée : plusieurs objets sont apportés par les élèves pour répondre à cette demande (« de l’eau évaporée », TdP 340 ; « de l’eau », TdP 342). Ces objets sont désignés comme non-pertinents par l’enseignante (TdP 341 ; 343). Elle réduit alors le milieu en précisant ses attentes : il s’agit de déterminer si la buée est de « l’eau gaz » ou de « l’eau liquide » (TdP 343). Plusieurs élèves évoquent l’idée que la buée est de l’eau sous forme de gaz (TdP 344 ; 345). À partir de cet apport des élèves dans le milieu, l’enseignante se place dans une position surplombante dont elle ne ressort pas durant toute la durée de l’extrait. Elle développe alors le raisonnement suivant : lorsque l’eau sortie de la bouilloire, qui est sous forme de vapeur, entre en contact avec le miroir plus froid qu’elle, elle est rafraîchie et repasse à l’état liquide, sous forme de petites gouttes de buée (TdP 347 ; 349 ; 355).

- Seconde expérience

Amélie oriente ensuite le cours de l’action en proposant et mettant en œuvre une autre expérience de condensation assez similaire à la première : elle recouvre un petit récipient rempli d’eau chaude par un saladier. Elle remarque que les parois du saladier sont « de moins en moins transparentes » et qu’elles se couvrent de « buée » (TdP 357). Elle ajoute que « c’est l’eau sous forme de gaz qui redevient liquide » (TdP 357). Elle affirme que l’expérience effectuée modélise la formation des nuages (TdP 357) : lorsque l’eau des lacs ou des mers s’évapore, elle monte en altitude et se rafraîchit, ce qui l’amène à se condenser et à se transformer en nuages (TdP 357). Elle en déduit que les nuages sont constitués « de beaucoup de gouttes d’eau » et qu’ils sont formés d’eau à l’état liquide (TdP 359).

Au niveau topogénétique, l’enseignante prend totalement en charge l’avancée de la mésogenèse : c’est elle qui propose les protocoles d’expérience, qui exécute les expériences, qui interprète les observations et institutionnalise les résultats. Ses questions aux élèves sont triviales et/ou appelle une réponse binaire (en oui ou non).

Puisque c’est Amélie qui prend totalement en charge l’avancée de la mésogenèse, les objets introduits dans le milieu sont validés d’emblée, de par le statut de celle qui les produit. Le surplomb topogénétique permanent de l’enseignante dans cet extrait implique donc que la chronogenèse se superpose avec la mésogenèse.

Interprétation de l’Extrait A5

L’ensemble de l’étude de la condensation, qui clôt la partie de la séquence sur les états et les changements d’état, se termine par une montée topogénétique de l’enseignante, déjà amorcée lors de l’étude de l’ébullition.

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Avant de revenir sur ce point, examinons la nature des rares objets introduits par les élèves. Lorsque l’enseignante leur demande de se prononcer sur l’état physique de la buée, ceux-ci la classent parmi les gaz. L’analyse des obstacles épistémologiques (cf. 6.2) a montré les racines de ce point de vue : la buée ne partage pas les propriétés usuelles attribuées aux liquides ; autrement dit, c’est un liquide au comportement très inhabituel pour qui la compare avec les autres manifestations classiques de l’eau liquide. D’autre part, il faut ici souligner que les élèves ont à disposition des éléments de la référence partagée concernant l’état liquide. Précédemment à l’étude de l’ébullition, une étude des propriétés de l’état liquide a été menée et a abouti à l’institutionnalisation de la Figure 23.

Figure 23 : Institutionnalisation des propriétés de l’état liquide (extrait du dossier-élève)

Or, la buée telle qu’elle apparaît sur le miroir n’a ni récipient pour la contenir ni surface horizontale. Les indications données par les éléments de la référence déjà-partagée à propos de l’état liquide sont inutiles, voire contre-productives pour assurer une fondation à l’idée que la buée est constituée de gouttes d’eau sous forme liquide. Donc, quelle que soit la source sur laquelle les élèves se basent (vie quotidienne ou éléments de la référence déjà-partagée), il n’est pas étonnant qu’ils en arrivent à traiter la buée comme appartenant à l’état gazeux. C’est également la preuve qu’ils ne sont pas en mesure de rendre fonctionnel le rapport à l’objet « eau à l’état gazeux » qu’Amélie a institutionnalisé lors de l’expérience d’ébullition : l’eau à l’état gazeux est toujours invisible.

Dans ce cadre, Amélie prend en charge elle-même la construction de savoirs et est contrainte de gérer de front l’interprétation de l’expérience de condensation et l’élucidation de la nature de la buée. En faisant cela, elle provoque une discontinuité forte entre les rapports que les élèves entretiennent aux objets « buée » et « nuages » et les rapports qu’elles souhaitent promouvoir. La séquence sur les états et les changements d’état de l’eau est sur le point de s’achever : un exercice de récapitulation des connaissances vient la clore tout à fait.

7.4.4 Analyse de la cinquième phase N51c : la catégorisation des objets