LA SCIENCE EN IMAGES: POURQUOI, COMMENT
ET POUR QUEL PUBLIC?
Oclav ÉNÉA Université de Poitiers
MOTS-CLÉS: PHYSIQUE - CHIMIE - AUDIOVISUEL - IMAGES DE SYNTI-IÈSE-MICROSCOPIE
RÉSUMÉ: Visualiser la chimie en images de synthèse ou bien l'approcher au moyen d'images microscopiques de l'infiniment petit? Nous présentons ici deux expériences, l'une américaineel l'autre française, sur la conception et la diffusion des documents conçus pour illustrer la science en images.
SUMMARY : Should one visualize the chemistry worId by computer drawings, or use the microscopie views of the infinitely small?We present here Iwo approaches - one is American and the other one is French - concerning the production and the distribution of documents in which science is shown in images.
1. INTRODlJCTIOl'\i
L'image a servi bien avant l'écriture en tant que véhicule de l'information: mythes et cultes étaient médiatisés au moyen de l'an pariétal ou religieux. Puis, nous sommes passésde [' image de culte au culte de l'image. Aujourd'hui, submergés par un flot d'images, fixes ou animées, émouvantes ou banales, diffusées par la presse, la télévision, et les autres médias, nous vivons dans un monde d'images. En les choisissant bien, et en les utilisant à bon escient au moyen des nouvelles technologies du multimédia, nous pourrions aboutirà la culture - générale, scientifiqueel leciJnique-etàla!ormalion par ['image.
2. POURQUOI?
L'image est porteuse d'un message direct, perçu et retenu aisément puisque la mémoire visuelle et sunout la mémoire photographique jouent un rôle imponant dans les mécanismes cognitifs.
Il est donc imponant de produire et d'utiliser les images de la science à des fins éducatives car : - il faut favoriser l'information des citoyens et la fonnation des étudiants, élèves et techniciens afin de leur pennettre de faire faceàune concurrence nationale et internationale toujours accrue;
- la création de documents audiovisuels et multimédia pédagogiques constitue une industrie génératrice de richesses et d'emplois, dont le développement doit être encouragé en France et dans toute l'Europe.
2.1 Intérêt des images
Les images obtenuesàl'aide des instruments (microscopes, télescopes, imagerie médicale, etc.) ou par des modélisations, au moyen d'outils informatiques de plus en plus performants, sont une source considérable, encore peu exploitée, pour la création des documents pédagogiques ou de vulgarisation. D'autre part, la compréhension rapide des notions abstraites ou de processus compliqués et leur mémorisation peut être facilitée parles images de synthèse utilisées pour les illustrer.
2.2 Impératifs d'utilisation
Pour être validées et comprises, les images scientifiques doivent être accompagnées par des textes ou commentaires qui donnent des indices de lecture et des preuves d'interprétation. De plus, leur utilisation impose un choix spécifique, selon la destination choisie, allant d'un public très large, plus attiré par les images spectaculaires que par les explications savantes, jusqu'au cercle restreint de spécialistes, intéressés surtout par les dernières découvertes scientifiques dans leur domaine. Stocker un grand nombre d'images et les classer par thème, sujet, provenance, etc., est un autre impératif majeur car il s'agit de pouvoir retrouver en un minimum de temps chaque image ainsi que les explications qui l'accompagnent. Le développement de supports multimédia (CD-ROM, DVD-ROM) et de logiciels interactifs, ouvre des perspectives très prometteuses pour l'utilisation des images dans l'enseignement.
3. COMMENT?
Pour bien des enseignants, élèves ou étudiants, aborder la chimie ou la physique sans s'égarer dans un dédale d'équations. de notions ou de processus compliqués reste inconcevable. Voici deux expériences, l'une américaine et l'autre française, qui tentent d'apponer des solutions nouvelles à ce problème diffIcile.
3.1 Visualiser la chimie en images de synthèse
La chimie traite des interactions entre atomes, molécules ou ions, qui sont animés d'un mouvement continu. Décrire cela par des dessins ou diagrammes plus ou moins clairs, rend compliqué ce qui est simple, et incompréhensible ce qui est complexe. Dès lors, la chimie apparaît aux étudiants plus difficile qu'elle ne l'est en réalité et beaucoup d'entre eux, bloqués par des mauvaises représentations, qu'ils ne comprennent pas, peuvent être dégoûtés à jamais de cette science.
C'est pourquoi, Nathan LEWIS, Professeur de chimie àl'lnstitut Technologique de Calfomie (CALTECH) a conçu le C.A.P., Chemistry Animation Project. que ses étudiants réalisent sous sa direction, en collaboration avec des professionnels de Hollywood. Le c.A.P., a comme objectif d'illustrer, dans une quinzaine de vidéos entièrement réalisées en images de synthèse sur des Silicon Graphics, la majorité des notions indispensables pour la compréhension de la chimie. Les vidéos déjà tenminées ou en cours de réalisation ponent sur les propriétés des éléments(Periodic trends),les orbitales atomiques(Atomic orbitais)ou moléculaires(Molecular orbitais),les cristaux (Crystals,BiJwrycrystals),la stéreochimie(Stereochemistry),la configuration spatiale des molécules (V.S.E.P.R., Hybridizationl Resonance, SpectroscopylMolecular Motions),et les réactions le plus diverses(Nucleophilic, The Diels-Adler Reaction).Il s'agit de modules de 10 à 15 minutes, que les professeurs mettentàla disposition des étudiants afin de leur permettre de visualiser les concepts enseignés. Ceci est indispensable car la majorité des livres de chimie ne proposent que des esquisses sommaires des orbitales moléculaires ou atomiques et ne montrent que rarement la position des atomes, des ions, ou des molécules impliqués dans des réactions chimiques. Néanmoins, représenter ces entités chimiques en trois dimensions et les faire mouvoir dans l'espace, pour se rapprocher du bon côté et réagir, exige une composition minutieuse pour chacune des milliers d'images contenues dans chaque vidéo. Ceci explique pourquoi la production ne peut pas dépasser deux vidéos par an, malgré le nombre des personnes impliquées (plus d'une trentaine... ) et les moyens mis àleur disposition. Car il s'agit là d'un projet de plus de 250000 $, soutenu financièrement par d'importantes institutions et entreprises. dont Howard Hughes Medical Institute, National Science Fundation,E.l.du Pont de Nemours Co. Inc., California Institute of Technology, Wavefront Inc., Biosym Inc., John Stauffer Charitable Trust et Camille and Henry Dreyfus Foundation. L'équipe de production comporte, en dehors des étudiants qui font les images de synthèse, plusieurs professionnels, dont un graphiste, un animateur de télévision. un narrateur et des musiciens lauréats de prix réputés. Le C.A.P., ce projet unique au monde, réalisé avec des moyens imponants et à l'aide de professionnels, est une belle réussite pédagogique, qui nous démontre comment on peut utiliser les images de synthèse pour enseigner une science aussi complexe que la chimie.
3.2 Regards sur l'infiniment petit
La dernière décennie a connu l'apparition et le développement fulgurant d'un nouveau type de microscopes. ceux àsonde locale. qui permettent de visualiser avec une aisance déconcenante l'univers de l'infiniment petit. Or. voir l'arrangement des atomes, des molécules ou des objets biologiques (A.D.N., protéines, etc ... ) et observer la dynamique des processus tels que la naissance des cristaux ou la transfomlation des surfaces permet de mieux comprendre et d'expliquer. grâce aux images fixes ou animées enregistrées par les microscopes. des notions ou de processus de chimie. de physique ou de biologie.
Voir les atomes. c'est un rêve d'enfant, mais qu'est l'atome et que voit-on réellement? Pour répondre sous une forme audiovisuelle àces questions, il fallait représenter en images de synthèse des nombreux orbitales atomiques et moléculaires. destinéesàexpliquer les images - peu nombreusesà l'époque - où l'on voyait des rangées d'atomes ou de molécules enregistrées par microscopieàeffet tunnel. Cela représentait un travail d'infographie considérable. qualifié par certains de «hollywoodien». pour lequel on ne disposait d'aucune subvention. Et pounant. un groupe de quatre jeunes. passionnés d'Amiga. animés par Sylvain ORDUREAU, l'a fait gratuitement. afin de matérialiser leur talent sous la forme d'un produit.
Ce film de 13 minutes, appeléUnivers d'atomesa été sélectionné au Festival de Palaiseau en 1992. Sa version anglaiseA universe of atoms aété présentée en 1993 dans plusieurs laboratoires améri-cains parmi les plus avancés en microscopie de proximité, ce qui a permis d'interviewer le Professeur C. Quate (Stanford), co-inventeur du microscope à force atomique. et d'autres spécialistes réputés, tels que le Professeur P. K. Hansma (Santa Barbara), le Docteur M. Salmeron (Berkeley), etc. Le résultat a été le filmDesseins atomiques,où l'on montrait. en images de synthèse et de microscopie, comment on peut écrire avec des atomes ou lire l'A.D.N. et le génome humain. Ce film. nominé au Festival de Palaiseau en 1993, s'est vu décerner le prix du "meilleur film d'enseignement supérieur ou de recherche". ce qui était extrêmement encourageant pour la petite équipe qui l'avait réalisé.Aromic designs.la version anglaise où les interviews étaient données en entier, faisait 52 minutes. Elle était deux fois plus longue que la version française où seulement l'essentiel avait été gardé. etl 'effet en était moins bon. Il fallait donc raccourcir les interviews trop longues, mais comment le faire sans défomler le propos des scientifiques? D'autre part, un film trop long. dont la présentation entière est nécessaire pour transmettre son message, est moins approprié pour illustrer un séminaire, une conférence ou un enseignement. Comment utiliser un document audiovisuel, linéaire par définition. sans rendre passif un public d'élèves, d'étudiants ou chercheurs par une trop longue présentation? Pourquoi ne pas concevoir un film constitué de modules pouvant être utilisés séparément. pour permettre au présentateur d'intervenir et donc d'aboutiràune certaine intéractivité avec le public? Ces raisons ont conduitàl'écriture d'un scénario modulaire pour le film Inrerfaces,où l'on illustrait. à l'aide d'images obtenues par microscopie à effet tunnel ou de force atomique, les transfomlations ayant lieuàla surface d'objets introduits dans différents milieux gazeux ou liquides. Des fragments de ce film dit "àtiroirs", pouvaient donc illustrer un exposé destinéàun public ciblé. plus particulièrement intéressé par l'une ou l'autre des parties du film. Cela a été testé avec succèsàl'occasion de nombreux séminaires et conférences. Par la suite, ce genre de scénarioà
modules a été utilisé en 1995 pour le filmChemins d'électrons,qui passe en revue les méthodes les plus modernes de préparation et d'étude des supraconducteurs utilisées. De plus, l'enregistrement de certaines interviews a été fait selon une méthode nouvelle, qui permet d'exposer l'essentiel en moins de 4à5 minutes et donc de conserver entièrement les propos des scientifiques. Pour aboutir à cela. il faut donneràl'interviewé une idée assez précise du contenu global du film. sélectionner avec lui les idées qu'il va développer et/ou les images qu'il va commenter et...enregistrer son interview jusqu'à l'obtention du résultat souhaité. La même méthode a été appliquée en 1996 pour réaliserCroissances cristallines.Dans ce film, on descend l'échelle des dimensions au moyen de microscopes de plus en pl us puissants afin de montrer comment on peut favoriser la fonnation de germes cristallins, préparés SOil par des méthodes physiques de déposition sous ultravide, soit par électrocristallisation. Dernièrement, l'acquisition d'un ordinateur puissant pour la réalisation des images de synthèse en 3D et le montage numérique, a permis d'atteindre une bonne qualité pourGrowing crystals,dont la présentation est déjà prévue à deux congrès importants. Les images de synthèse en 3D constituent la majeure partie de "Nano-écritures", le dernier film sur l'infiniment petit, qui expose les possibilités des microscopies à sonde locale en matière de stockage de l'information. L'objectif de tous ces films était d'aborder des sujets d'actualité, de les traiter au moyen d'une écriture audiovisuelle épurée, constituée d'images enregistrées complétées par les images de synthèse, et de conserver fidèlement le message scientifique.
4. POUR QUEL PUBLIC?
Quel public cibler et quel type de films réaliser pour répondreàdes besoins réels et donc aboutir à une bonne diffusion? Voici quelques éléments de réponse aux questions que tout producteur de films se pose.
La diffusion des vidéos du C.A.P.est une réussite car le c.A.P. est le projet d'un enseignant, le Professeur N. Lewis, qui connaît les besoins de l'enseignement de la chimie aux États-Unis, marché suffisamment vaste pour lui penne lire de trouver des moyens importants. La qualité professionnelle des vidéos, leur prix intéressant (25 $ par vidéo), les moyens modernes de publicité (serveur internet: http://bond.caItech.edu) et de distribution (Caltech Bookstore, e-mail: citbook@caltech.edu), ne sont pas les seuls atouts qui expliquent leur large distribution aux États-Unis, Canada, Australie, Nouvelle-Zélande et Japon. De plus, la distribution est originale car l'enseignant qui achète une vidéo peut la reproduire et prêter les copies à ses étudiants pendant la durée de son cours. Cela pennet une approche didactique nouvelle, car chaque document peut être vu et revu par chaque étudiant, jusqu'à la compréhension complète des notions illustrées. Ces documents pédagogiques ne doivent donc pas être conçus pour captiver à tout prix l'attention, comme doit l'être un film de cinéma, mais pour faciliter la compréhension et la mémorisation des notions compliquées. Aussi, les variantes françaises sont en cours de préparation.
Les films scientifiques sur l' infiniment petit ont été présentés à des Congrès de Microscopie (I.C.E.M. 13, Paris, 1994, S.T.M. '95, Colorado, 1995, Fischer Symposium, Karlsruhe, 1997),
aux Réunions de la Société Française de chimie (Lyon, 1994, Bordeaux, 1997), et au colloques de spécialistes (Ultimatech, Paris, 1995, Surfaces & Interfaces, Lyon, 1997), etc... D'autre pan, des fragments de ces films ont été utilisés lors de conférences tenues dans de nombreuses Universités (Bâle, Namur, Lausanne, Bruxelles, Genève, Turin, Hanovre, Stanford, Berkeley, Karlsruhe, Boulder, Poitiers... ), Écoles Supérieures (E.S.P.C.I., E.N.S.C., E.P.F.L., X, ... ) ou Instituts (C.E.A., P.S.A., I.S.F.H., I.B.M., ), devant des spécialistes en microscopie, sciences des matériaux, catalyse, électrochimie. etc Il est imponant de s'adresser à un public de spécialistes afin de : - valider le contenu scientifique des films; - inciter les scientifiques à conoibuer à la production de documents audiovisuels ou multimédia (CD-ROM) ; - attirer l'attention des décideurs et des investisseurs.
Malgré le caractère technique de ces films, la panicipation aux festivals des films scientifiques (palaiseau, Oullins, Nancy, Bruxelles, Odéillo, Angers) a remponé certains succès (Palaiseau, 1993). L'actualité des sujets, la richesse documentaire et l'emploi d'un grand nombre d'images de synthèse, font que ces films sont achetés pour les besoins de l'enseignement en France (Paris, Strasbourg, Dijon, Bordeaux, Clermont-Ferrand, Troyes... ) et à l'étranger (U.S.A., Allemagne, Japon, Suisse, Belgique, etc ...).
Leur diffusion est assurée par INFORM'ED (Poitiers), entreprise anisanale individuelle, spécialisée dans la production et la disoibution des documents audiovisuels et multimédia, qui s'est vu décerner leTrophée de l'Innovationpar la Chambre de Métiers. Ses dernières productions figurent dans Viewfinder, la revue de B.U.F.Y.C., organisme très actif pour la diffusion de documents éducatifs en Grande Bretagne. De plus, Les Amphis de La Cinquième, viennent de diffuser l'un des films d'INFORM'ED. La production de ses films scientifiques n'est pas encore rentable, car leur diffusion demeure trop faible, mais l'espoir est toujours là, et ceci permet de continuer, de progresser et de chercher le créneau porteur1
En conclusion, les progrès de l'informatique et des logiciels permettant de traiter sons, images ou textes, et de les assembler sous forme linéaire (vidéos) ou interactive (CD-ROM), rendent plus accessible la production de documents éducatifs ayant la qualité requise pour l'enseignement et la formation technique.
Nous souhaitons que ces deux exemples inspirent ceux qui souhaitent mettre
