Objets d’étude retenus et choix des classes

Le concept de magmatisme dont nous n’abordons que les aspects fonctionnalistes est au cœur de cette recherche. Les phénomènes qui y sont liés demeurent parmi les plus spectaculaires sur Terre et sont d’une importance primordiale pour la compréhension du fonctionnement de notre globe terrestre. C’est ce qui explique, selon Orange (1995), sa place dans l’enseignement de la géologie en France : il figure effectivement avec l’étude des séismes dans les programmes de l’école (M.E.N., 2008a), du collège et du lycée (M.E.N., 2008b, 2002, 2001/2006). Le concept de magmatisme représente également un intérêt théorique et une richesse épistémologique remarquable pointés lors de nos développements théoriques (chapitre 2). De plus, les phénomènes étudiés sont pour la plupart bien connus des élèves et accessibles à l’observation directement ou indirectement à travers les médias. Laperrière-Tacussel (1995, p.64) définit trois « pôles d’approche » pour étudier le magmatisme, chacun correspondant à des domaines notionnels déterminés :

- Le pôle humain « où l’on trouve tout ce qui correspond aux rapports entre l’homme et les

volcans : conséquences positives ou négatives, avec leurs aspects catastrophistes, affectifs ou sensoriels ; méthodes d’étude du phénomène et travail des volcanologues ; géologie appliquée ».

- Le pôle descriptif « dans lequel sont étudiés tous les objets géologiques liés au volcanisme,

par exemple les produits de l’éruption ».

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- Le pôle explicatif « où sont étudiés la liaison du phénomène avec la structure du globe, les

mécanismes en jeu, les transformations de matière ».

Vu que notre recherche s’inscrit dans le cadre théorique de la problématisation qui accorde de l’importance aux problèmes explicatifs, nous portons notamment notre attention au pôle d’approche explicatif dans l’étude du magmatisme. Nous étudions aussi ce concept parce qu’il est récurrent dans les programmes des classes scientifiques du collège et du lycée : classe de 4ème (M.E.N., 2008b), classe de Première S (M.E.N., 2002) et de Terminale S (2001/2006). Dans cette recherche, nous nous intéressons particulièrement à des séquences menées dans deux

classes de 4ème (20 et 25 élèves) et une classe Terminale S (33 élèves). Les trois enseignantes

de ces classes sont expérimentées, appartiennent au groupe de travail du laboratoire CREN et participent, depuis un certain temps, à ses recherches didactiques. De plus, elles sont engagées dans les ateliers didactiques des sciences de la vie et de la Terre qui regroupent des formateurs, des conseillers pédagogiques etc. Deux d’entre elles ont été impliquées dans la recherche intitulée : « Mises en textes et pratiques des savoirs dans les disciplines scolaires » menée en collaboration avec l’INRP57 et dont cette étude se propose de prolonger. Nous nous plaçons, à travers ce choix, dans les meilleures conditions pour répondre à notre problématique ce qui évitera l’intervention de facteurs divers tels le manque d’expérience de l’enseignant, sa méconnaissance du cadre théorique de la problématisation, etc.

Pour les classes de 4ème et de Terminale S, nous avons retenus deux problèmes géologiques différents en rapport avec le concept de magmatisme. Il s’agit des problèmes suivants :

- le fonctionnement des volcans et l’origine des matériaux volcaniques en 4ème ; - le magmatisme des zones de subduction en Terminale S.

Le problème du fonctionnement des volcans et de l’origine des matériaux volcaniques est pris en compte par le programme de la classe de 4ème et s’intègre dans la partie consacrée à l’étude de l’« activité interne du globe » terrestre (M.E.N., 2008b, p.47). Les programmes officiels indiquent les objectifs d’apprentissage suivants : « Les magmas sont contenus dans des

réservoirs magmatiques localisés, à plusieurs kilomètres de profondeur » (ibid., p.48). Les

élèves ont déjà été confrontés à ce problème dans les classes antérieures de l’école primaire. Il est nécessaire de rappeler que cette partie du programme a subi, depuis quelques années, d’importants allègements. En effet, le programme de l’année précédente (M.E.N., 2007, p.42)

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mentionne des objectifs d’apprentissage beaucoup plus élaborés : « Le magma contenu dans un

réservoir magmatique localisé, à plusieurs kilomètres de profondeur est de la matière minérale en fusion véhiculant des éléments solides et des gaz ». La notion de fusion de la roche ainsi que

les mécanismes de formation des roches volcaniques ont été totalement omis58. De plus, les phénomènes magmatiques ne sont pas reliés, dans les programmes officiels actuels de la classe de 4ème, à la dynamique du globe terrestre et à la tectonique des plaques. Cette dernière est envisagée bien après l’étude des phénomènes dynamiques (séismes et volcanisme). Le volcanisme est étudié d’une manière générale et globale sans faire référence à de zones particulières ni à la tectonique des plaques. Toutefois, il est important de noter à la suite de Goix (1996, p.142) que « les concepts de magmatisme […] intègrent des notions difficiles à

comprendre en 4ème qui font appel à des domaines physico-chimiques à peine abordés à ce niveau scolaire ainsi qu’à des concepts difficilement perceptibles à cet âge comme le concept de temps ». Même si les manifestations du volcanisme sont accessibles à l’observation d’une

manière directe ou à la télévision, ces manifestations de courte durée ne représentent que des indices temporaires de phénomènes qui se produisent sur de très longues durées (Allègre, 1987). Pour toutes ces raisons, il apparaît nécessaire d’étudier ce problème afin de rendre compte des conditions de possibilités d’une mise en texte problématisé qui soit accessible à ce niveau de scolarité.

L’explication du magmatisme des zones de subduction est prise en compte par les programmes de la classe de Terminale S consacrés à l’étude de « la convergence lithosphérique

et ses effets » (M.E.N., 2001, p.29). Les élèves ont déjà acquis, en classe de Première S, des

notions sur la structure du globe et la convection du manteau ainsi que des connaissances sur les plaques lithosphériques, leurs mouvements et les processus magmatiques. Ces connaissances, concernant les principales caractéristiques de la convergence des plaques, sont réinvesties pour traiter les phénomènes liés à celle-ci. Les objectifs du programme indiqués pour ce problème sont les suivants : « Les zones de subduction sont le siège d'une importante activité magmatique

caractéristique : volcanisme, mise en place de granitoïdes. […]. Le magma provient de la fusion partielle des péridotites au-dessus du plan de Bénioff ; cette fusion est due à l'hydratation du manteau. L'eau provient de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Le long du plan de Bénioff, les roches de la lithosphère océanique sont soumises à des conditions de

58 _{« Les roches volcaniques proviennent du refroidissement du magma. Le refroidissement par étapes du magma, sa} solidification sous forme de cristaux et de verre, donnent naissance aux roches volcaniques. La structure de la roche conserve la trace de ses conditions de refroidissement » (M.E.N. 2007, p.42).

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pression et de température différentes de celles de leur formation. Elles se transforment et se déshydratent. Des minéraux caractéristiques des zones de subduction apparaissent » (ibid.,

p.30). C’est un problème qui est plus ou moins familier des élèves de Terminale S, étant donné que ces derniers ont déjà travaillé la théorie de la tectonique des plaques dans les classes précédentes (programme du collège et du lycée). A ce niveau d’étude, les domaines physico- chimiques sont mieux maîtrisés qu’en 4ème. Ceci serait effectivement nécessaire pour construire le problème du volcanisme des zones de subduction qui demande d’« établir la nécessité d'une

fusion partielle du manteau où n'interviennent pas seulement la pression (P) et la température (T) mais où on prend en compte l'état ordinairement solide du manteau (les données sismiques l'attestent) dans ces conditions P, T » (Orange Ravachol, 2003, p.74).

Les problèmes retenus organisent les corpus de nos études de cas et appartiennent au pôle de la géologie fonctionnaliste. Le tableau 5 (p.110) récapitule les niveaux de classes et les problèmes géologiques retenus. L’explication du magmatisme des zones de subduction en classe de Terminale S s’inscrit nettement, au niveau des programmes scolaires correspondants, dans le cadre paradigmatique de la tectonique des plaques, ce qui n’est pas le cas du problème du fonctionnement des volcans et de l’origine des matériaux volcaniques. Pour ce dernier, deux séquences ont été étudiées en 4ème : une ordinaire et une forcée alors qu’en Terminale S, il s’agit d’une séquence en partie forcée. Quelle est la différence entre ces deux typologies de séquences et comment s’organisent-elles ? Quelle est leur véritable utilité vis-à-vis de nos questions de recherche ?

2.2 Choix et intérêts d’une méthodologie basée sur des séquences