Dans cette première partie, nous soulignons les chapitres traitant de l’AU dans les manuels. La méthode d’analyse est semblable à celle de l’analyse des programmes mais plus simple car ici nous cherchons seulement à repérer l’existence de l’AU. Nous nous appuyons sur les deux propriétés qui caractérisent cette approche pour la reconnaître : la Transversalité (objet principal dans trois domaines : Mécanique, Thermodynamique et Electricité) et l’Indépendance.
I.1. Université en France : collection de Masson
A l’université, nous analysons trois manuels correspondant à trois domaines différents de la physique. Aucun chapitre de ces trois documents ne présente l’Energie de manière indépendante. Il existe des chapitres présentant l’Energie comme l’objet principal mais toujours dans l’habitat caractéristique du domaine étudié. Par exemple : « Energétique d’un point matériel » (Mécanique), « Energie potentielle. Potentiel électrostatique »
(Electromagnétisme), « Premier principe de la thermodynamique : l’énergie » (Thermodynamique). Il n’y a donc que des Approches Particulières de l’Energie.
I.2. Lycée en France
I.2.1. Programme de 1992 : Manuel de l’édition Hachette
Dans ce manuel l’Energie apparaît par les deux approches. Le manuel possède douze chapitres énergétiques (c’est-à-dire les objets énergétiques apparaissent dans 12/23=52% des chapitres) dont deux présentent l’Energie par l’AU. Ce sont les deux premiers chapitres énergétiques, et les chapitres s’appuyant sur l’AP viennent après.
Les deux chapitres de l’AU sont le chapitre 9, intitulé «Conservation de l’énergie» et 10 «Transfert d’énergie». Le titre de ces deux chapitres atteste que leur sujet est clairement l’Energie indépendamment d’un domaine de l’énergie (Indépendance). Ces chapitres correspondent donc à des habitats propres à l’Energie.
Les objectifs du chapitre 9 sont : « identifier les différentes sources d’énergie ; distinguer les différentes formes d’énergie ; énoncer le Principe de conservation de l’énergie ». On introduit tout d’abord différentes sources d’énergie (source fossile, source nucléaire, source renouvelable). Puis, en étudiant les différentes formes d’énergie, on distingue l’énergie macroscopique et l’énergie microscopique. Tous ces concepts sont des matériaux pour construire la Chaîne énergétique sous forme de schéma permettant de présenter l’aspect énergétique d’une situation transphénoménologique (Transversalité). Elle conduit à énoncer la Conservation de l’énergie à la fin du chapitre.
Le chapitre 10 a les objectifs suivant : « reconnaître les transferts d’énergie ; définir un
rendement ; analyser une chaîne énergétique ». Trois modes de transfert d’énergie sont
successivement présentés : Travail mécanique, Travail électrique, Transfert d’énergie par Rayonnement, Chaleur. La caractérisation d’un Transfert d’énergie, est faite à travers l’analyse de plusieurs phénomènes physiques appartenant à des domaines différents de la physique. A la fin, le concept de Rendement est introduit en relation avec le Principe de conservation de l’énergie.
On voit bien que dans ces deux chapitres, la présentation de l’Energie ne dépend d’aucun autre domaine et que les phénomènes étudiés appartiennent à plusieurs domaines.
I.2.2. COAST-MAFPEN
Ce document est un peu particulier : ce n’est pas un manuel comme nous l’avons expliqué dans le chapitre B.2. Il ressemble à un document d’accompagnement des programmes et comporte 2 parties : la partie A présente des contenus d’enseignement, et la partie B aborde les raisons des choix de ces contenus. Notre analyse porte sur la partie A et plus exactement sur les 3 premiers chapitres qui correspondent à l’institution étudiée ici, la classe de Première S.
Dans ce document, les chapitres sont tous énergétiques (100% des chapitres). Comme dans le manuel du programme de 1992, le premier chapitre s’appuie sur l’AU, alors que les suivants développent l’Energie pour des phénomènes particuliers dans une AP relative au domaine de la physique concerné. Dans le chapitre 1, intitulé « Conservation de l’énergie », l’Energie est
dans son habitat propre, avec les caractéristiques d’indépendance et de transversalité : on introduit dès le début un modèle énergétique permettant de réaliser des analyses énergétiques sous forme d’un schéma applicable à différents phénomènes (transversalité). Ce modèle comporte plusieurs objets énergétiques de notre liste (cf. Ch. A2). La suite du chapitre est consacrée à la présentation d’exemples d’analyse pour des phénomènes physiques variés dans des domaines variés de la physique : Mécanique, Thermodynamique, Electricité.
I.2.3. Programme de 2000 : Manuel de l’édition Hachette
Ce manuel utilise aussi les deux approches de l’Energie. Il possède 7 chapitres énergétiques sur 18 chapitres au total (39%) dont un chapitre correspond à l’AU avec ses deux propriétés mais dans une organisation très différente par rapport aux documents précédents. On commence par deux chapitres énergétiques dans une AP, avant celui de l’AU, et on retrouve ensuite des chapitre dans l’AP.
Le chapitre dans l’AU est le chapitre 9 intitulé « Transfert d’énergie et énergie interne ». Il manifeste l’indépendance de l’Energie. Les objectifs sont « Savoir que l’énergie reçue sous la
forme de Travail peut modifier l’énergie interne d’un corps ; savoir ce qu’est le transfert thermique ; Aborder la conservation de l’énergie ».Tout d’abord, on présente différents effets
du Travail (dans les chapitres précédents, le Travail est déjà défini comme un objet de la Mécanique et aide à définir et à calculer l’énergie), pour mettre en évidence le rôle de mode de transfert de l’énergie. Puis, on généralise en introduisant les autres modes de transfert, le Transfert thermique et le transfert par Rayonnement. A la fin, on présente la Conservation de l’énergie à partir de l’étude de l’Energie d’un système, comme dans le manuel du programme de 1992. Ce chapitre offre un habitat propre au Transfert d’énergie, où les modes de transfert sont étudiés dans plusieurs domaines de la Physique (transversalité).
Par rapport au programme précédent, l’AU est moins explicite. D’abord, elle n’apparaît pas en première position, avant les chapitres en AP. Ces deux chapitres en AU sont insérés à l’intérieur d’une Partie ayant une grande proximité avec le domaine de la Mécanique : « Force, travail et énergie ». La propriété d’indépendance ne ressort pas car l’Energie n’est plus vraiment l’objet central. La propriété de transversalité n’est pas totale à cause de la forte prédominance de la Mécanique. De plus, il n’y a plus de chapitre propre au Principe de la conservation de l’énergie : il y a juste un petit paragraphe à la fin du chapitre sur le Transfert d’énergie. Alors que dans le manuel du programme de 1992, le chapitre sur le Principe de conservation met particulièrement en évidence le critère d’indépendance.
I.3. Université au Vietnam : collection du Ministère de l’éducation
A l’université vietnamienne comme à l’université française, le contenu d’enseignement (réparti dans deux manuels) est sectionné en 4 domaines différents : Mécanique, Thermodynamique, Electricité et Ondes, Oscillations.
Dans le domaine de la Mécanique, un seul chapitre « Energie » (Ch. 4) présente l’Energie comme l’objet principal. Dès le début, l’énergie est définie de manière générale : « L’énergie
est une grandeur caractérisant le degré de mouvement de la matière » (p.89). Puis la loi de
conservation de l’énergie générale est alors énoncée. En fin de ce sous-chapitre une remarque annonce que « dans la partie mécanique, on n’étudie que l’énergie mécanique, c’est-à-dire la forme d’énergie correspondant au mouvement mécanique des objets » (p.91). Cette remarque atteste bien que c’est l’AU qui est en jeu dans ce sous-chapitre, et permet de passer de l’AU à
l’AP en mécanique. L’énergie potentielle est définie grâce au concept de champ de potentiel pour deux phénomènes (appartenant usuellement à deux domaines) : le champ de pesanteur et le champ électrostatique. Dans le reste de ce chapitre, le traitement de l’Energie concerne les objets et les phénomènes particuliers au domaine de la Mécanique. L’AU n’est donc présente qu’au début du chapitre.
Dans les autres domaines de la physique, aucun chapitre ne présente l’Energie de manière indépendante.
Dans les domaines de la Physique à l’université vietnamienne, l’Energie est abordée de manière générale par une AP, à l’exception toutefois de la Mécanique, où une AU apparaît
mais sans être véritablement construite.
I.4. Lycée au Vietnam : manuel de la classe de 10e
Dans ce manuel, deux chapitres abordent l’Energie et ils appartiennent à deux domaines séparés : la Mécanique et la Thermodynamique. L’introduction de l’Energie est faite dans la partie Mécanique (AP), où l’AU existe aussi mais de manière très floue.
Le chapitre 9 intitulé « Loi de conservation de l’énergie » dans la partie consacré à la Mécanique, est le seul qui porte un titre ayant une tendance vers une AU (habitat propre à l’Energie). En réalité le contenu du chapitre est presque totalement limité aux objets et aux phénomènes du seul domaine de la Mécanique. Les concepts de Travail et de Puissance sont définis en premier et amènent à la loi de conservation du Travail (qui corresponde à la notion de la force conservative). Ensuite la Forme d’énergie est introduite. On donne à ce stade une
définition de l’Energie qui est donnée comme générale mais qui est en réalité mécanique
parce qu’elle s’appuie sur le concept de Travail : « L’énergie est une grandeur physique qui
caractérise le capacité de réaliser du travail d’un objet ou d’un système d’objets » (p.144).
Cette définition est suivie de la présentation des formes d’énergie liées au domaine de la Mécanique : énergie cinétique, énergie potentielle, énergie mécanique et sa conservation. La loi de conservation de l’énergie est introduite de manière générale : «Dans un système isolé, il
y a la transformation de l’énergie d’une forme à l’autre forme mais l’énergie totale est conservée » (p.154) Mais dans le paragraphe des applications, elle n’est utilisée que pour des
situations mécaniques. Ce n’est donc pas vraiment un habitat propre à l’Energie, bien qu’il y en ait des traces.
Dans le chapitre 11 « L’énergie interne du gaz parfait » de la partie « Physique nucléaire et thermique », l’énergie interne est définie en premier pour introduire le Premier principe de la Thermodynamique. Tous les phénomènes étudiés dans ce chapitre sont propres au domaine particulier de la Thermique.
Dans ce manuel, on peut donc voir des traces d’un habitat propre à l’Energie au travers d’une définition générale de l’Energie et d’un énoncé général de la Conservation. L’AU existe donc de manière peu explicite et très limitée à l’intérieur d’une AP dominante.
I.5. Conclusion
Cette analyse nous permet à répondre à la première partie de la Question Q1 – « deux
approches » : « Qu’en est-il dans deux approches AU et AP dans l’enseignement dispersé à l’université et au lycée, en France et au Vietnam ? Quelles différences présentent-elles ? »
Pour le cas de la France, cette étude nous montre bien la différence dans la présentation de l’Energie entre les deux contextes : l’université et le lycée. A l’université, seule l’Approche Universelle est présente. L’Energie n’a jamais d’habitat propre, elle apparaît au sein des habitats spécifiques aux domaines étudiés de la Physique. Au lycée, l’AU apparaît toujours à côté de l’AP. Dans le programme de 1992, l’AU est forte de sa position première, alors que dans celui de 2001, sa présence est sensiblement moins forte.
Au Vietnam, l’AU apparaît dans les deux institutions, et accompagne l’AP au sein de chapitres dédiés à la Mécanique. Mais elle est peu explicite. On donne toujours une définition générale de l’Energie ainsi que l’énoncé du Principe de la conservation de l’énergie générale mais cela ne va pas plus loin, et tout le reste est spécifique à l’Energie en Mécanique. L’AP est largement dominante, les objets et les phénomènes appartenant toujours très clairement à un domaine spécifique (à l’exception des deux objets cités).