LA LOI D’OHM
CHAPITRE 2 ANALYSE DU CURRICULUM PRESCRIT
2.5.1. La loi d’Ohm au premier cycle de l’enseignement secondaire général
Au premier cycle, la loi d’Ohm figurait au programme en troisième depuis les deux programmes précédents les programmes actuels d’études. Dans les nouveaux programmes en vigueur, la loi d’Ohm disparait en tant qu’objet d’étude pour ne servir que pour étudier l’effet Joule. La loi d’Ohm est ramenée en classe de quatrième comme objet d’étude à part entière sous le titre : « utilisation des appareils de mesures de
quelques grandeurs électriques. Vérification de la loi d’Ohm ». Les contenus
notionnels à aborder sont les suivants (Programme d’Études, 4è [P.E], 2007, p.3) : - Mesure de l’intensité du courant électrique continu,
- Mesure de la tension électrique,
- Résistance d’un conducteur ohmique (caractéristique d’un conducteur ohmique : U=R.I ; représentation graphique et association des conducteurs ohmiques
Relativement à l’objet d’étude vérification de la loi d’Ohm, le guide du programme d’études (GPE 4ème, 2007) prescrit, sur une liste de connaissances et techniques (voir figure 12) à installer, la vérification de la loi d’Ohm aux bornes d’un conducteur
ohmique et la détermination graphique de la résistance d’un conducteur ohmique. La
compétence disciplinaire visée est celle que les programmes désignent sous l’appellation compétence disciplinaire N°2 qui consistent à « exploiter les sciences
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physiques et la démarche technologique dans le but de la production, l’utilisation et la réparation d’objets technologiques » (GPE 4ème, 2015, p.18).
Figure 12: Photographie d’un extrait du guide des programmes révisés 4ème (GPE 4ème, 2007, p.60)
C’est donc la vérification de la loi d’Ohm que le programme prescrit et non l’établissement de la loi d’Ohm. L’établissement de la loi d’Ohm consisterait en une démonstration de type inductive de l’existence de cette loi pour une classe particulière de dipôle appelés conducteurs ohmiques et qui nécessiterait d’exploiter une série de mesure de tension et d’intensités et de rechercher une relation fonctionnelle de proportionnalité entre elle. On peut se demander comment est-ce possible de vérifier la loi d’Ohm lorsqu’on ne la connait pas encore. En l’occurrence depuis la classe de sixième, c’est bien la première rencontre que l’élève fait avec la loi d’Ohm. Le seul objet d’apprentissage qui se rapporte à la vérification de la loi d’Ohm concerne la mesure de tension, d’intensité et d’une résistance. C’est pourquoi les commentaires donnent l’énoncé de la loi d’Ohm :
Dans la présente situation d’apprentissage la dimension abordée est l’utilisation d’appareils de mesure en électricité. Il s’agit de mesurer l’intensité du courant, la tension aux bornes d’un conducteur ohmique placé dans un circuit électrique et la résistance de ce conducteur ohmique. […]Loi d’Ohm : la tension entre les extrémités d’un conducteur ohmique est égale au produit de la résistance du conducteur ohmique par l’intensité du courant qui le traverse. Son expression est U= R.I. (GPE 4è, 2007, p.17).
La vérification de la loi d’Ohm consiste donc, en cohérence avec la démarche uniquement technologique d’utilisation d’appareils de mesure de grandeurs électriques,
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à mesurer correctement la tension U aux bornes d’un conducteur ohmique ainsi que l’intensité I du courant qui le traverse et à mesurer la résistance de ce conducteur ohmique après l’avoir enlevée du circuit. Puis il faut multiplier la valeur trouvée pour la résistance par l’intensité du courant I et vérifier que le résultat de ce produit est égal à la valeur de la tension. On pourrait se demander l’intérêt scientifique pour l’apprentissage de cette vérification si le commentaire n’avait pas mentionné clairement que ce qui est visé dans cette vérification est la dimension technologique relative à l’utilisation d’un appareil de mesure en électricité. Dans ces conditions comment faire la détermination graphique de la résistance d’un conducteur ohmique ? Le programme, le guide du programme et les commentaires sont resté muets dessus. L’énoncé même de la loi d’Ohm, tel qu’il est donné par les programmes, nous parait être sujet à caution. En effet, telle que libellée, il ne s’agit que de la mise en mot de la relation mathématique U=R.I qui traduit la loi d’Ohm. Il apparait clairement que la formulation donnée dans les programmes d’études assimile la relation U=R.I à l’énoncé de la loi d’Ohm. Les programmes semblent occulter la relation de proportionnalité qui existe entre tension et intensité pour un conducteur ohmique. Or ce concept de proportionnalité est central à la loi d’Ohm. Pour nous, cette absence de mise en évidence d’un homomorphisme entre le concept de proportionnalité dans le cadre mathématique et la loi d’Ohm dans le cadre de la physique enlève toute occasion d’apprentissage, non seulement de ce qui est au fondement de la loi d’Ohm, mais également, d’autres savoirs à venir tels que l’étalonnage d’un ressort, l’énergie cinétique (proportionnalité avec le carré de la vitesse), le poids d’un corps et l’intensité de la pesanteur et bien d’autres savoirs à apprendre dans les classes ultérieures.
Les contenus notionnels du programme (Programme d’Études 4ème [P.E], 2015, p.86) qui donnaient à présager du traitement du point de vue graphique de données de mesures de tension et d’intensité du courant pour un conducteur ohmique n’ont plus fait l’objet d’études nulle part dans les commentaires du guide du programme d’études. Bien au contraire, le programme spécifie clairement (GPE 4ème, 2015, p.20) « de mesurer
l’intensité d’un courant continu et la tension aux bornes d’un conducteur ohmique placé dans un circuit électrique et la résistance d’un conducteur ohmique.». Le
programme d’études et le guide prescrivent la détermination graphique de la résistance
d’un conducteur ohmique. Cette détermination graphique nécessite le tracé de la droite
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fournie la valeur de la résistance. Mais pour les programmes, ce processus va de soi. En effet, ils ne mentionnent ni les dimensions techniques ni les dimensions technologiques qui sous-tendent cette détermination. Si nous considérons que la planification pédagogique du programme de la classe de quatrième prévoit le déroulement de ce cours en début d’année scolaire en classe de quatrième et qu’en mathématiques, les notions de droite moyenne ou d’application linéaire ne feront l’objet d’enseignement et d’apprentissage qu’en classe de troisième, nous comprendrons aisément que la construction, en classe, de la technique de détermination graphique de la résistance, à l’initiative de l’enseignant, serait problématique.
Le schéma ci-dessus (Figure 13) nous permet de résumer l’étude de la loi d’Ohm telle prescrite par les programmes d’études en classe de quatrième.
Figure 13: Schématisation de l’étude de la loi d’Ohm dans les programmes en classe de 4ème à partir de 2015
On peut facilement noter une entrée exclusivement par l’électrocinétique sans aucun apport de l’énergétique ni une référence à une analogie mécanique. C’est la part belle à l’électronique. D’ailleurs les Programmes d’Études bien comme domaine « Électricité et Électronique » (P.E 4ème, 2015, p.86)
En troisième
C’est une entrée par l’énergétique que l’électricité est présente dans les programmes de la classe de troisième. Ce programme ne fait nullement mention de la loi d’Ohm. Mais
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il présente le conducteur ohmique comme contenu notionnel en spécifiant la mise en évidence, avec ce conducteur ohmique, de l’effet joule. Dans cette configuration la résistance est calculée mathématiquement et permet par l’intermédiaire de la relation qui traduit la loi d’Ohm, le calcul par l’intermédiaire de formule P= R.I2caractéristique de l’effet Joule.