Les jeunes américains nous montrent pourquoi la science est "cool"

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Dans le cadre du premier USA Science & Engineering Festival [1] - équivalent de la Fête de la Science - qui s'est tenu à Washington, DC du 10 au 24 octobre dernier, la Kavli Foundation [2] et le site internet Scivee [3] organisaient un concours de vidéos. L'objectif pour les jeunes de la maternelle au lycée : montrer en un film de 90 secondes maximum pourquoi la science est cool. Les vidéos avaient comme but d'entrainer la curiosité des spectateurs et de leur donner envie d'en savoir plus sur la science.

La vidéo gagnante : Science is cool! Know your science (vidéo en anglais)

Les vainqueurs du concours, Chris et Celena Chambers habitent à Houston, Texas. Une bonne occasion d'aller les rencontrer pour leur demander pourquoi ils ont décidé de se lancer dans ce projet et ce qu'ils ont retiré de cette expérience.

Un contexte familial favorable

Celena et son frère Chris vivent avec leurs parents, Melanie et Demetri, dans une banlieue résidentielle du nord de Houston. Melanie a suivi une formation d'ingénieur à Rice University et après quelques années dans le domaine, elle s'est reconvertie dans l'enseignement des mathématiques. Demetri a été plutôt bercé dans les Humanités et exerce en tant qu'avocat.

Plus jeunes, Celena et Chris devaient mener des projets scientifiques pendant l'été. Même après que cela ne fut plus obligatoire pour eux, leurs parents ont décidé de continuer à leur trouver des projets. "Je veux qu'ils continuent à apprendre et à être stimulés.", raconte Melanie, "Mais pas comme en classe. De manière plus divertissante. Je pense qu'on peut dire que je trouve qu'ils ne font pas assez de sciences à l'école pour que je les motive à en faire plus." Chris a eu l'occasion par exemple de plancher sur des avions en papier. Trouver de nouveaux designs, tester leur efficacité. Mais attention, avec Melanie, l'excellence doit être de mise. "Je n'hésite pas à leur dire de tout refaire parfois. Lorsque l'on fait quelque chose, on le fait bien".

"Depuis qu'ils sont petits, toute situation, tout conflit entre eux s'est transformé en séance d'apprentissage", confie Demetri. Celena se rappelle alors les longues minutes pendant lesquelles elle devait expliquer en détail à son père les raisons d'une bêtise. "On leur a toujours parlé comme à des adultes. Lorsqu'on introduisait des nouveaux concepts pour eux, on les motivait à les comprendre jusqu'à ce qu'ils les maitrisent." Le but pour les parents : augmenter l'esprit critique et la créativité de leurs enfants. "Aujourd'hui, tout tourne autour des applications. Prenons l'Iphone. Les gens adorent utiliser les applications. Mais il faut stimuler plus le coté créatif" constate Melanie.

Le making of

C'est Melanie qui a entendu parler du concours sur internet. "Voilà une bonne idée pour un des projets pour cet été !". Après leur avoir présenté les règles, Chris et Celena ont tout fait par eux-mêmes. "J'ai immédiatement su que je voulais faire un clip musical", raconte Celena. "Chris peut écrire un poème sur n'importe quel sujet en 10 minutes. Il a fallu deux semaines pour le pousser à écrire le texte. Mais une fois qu'il s'y est mis, ça a été rapide.". Celena a ensuite travaillé sur la mise en musique et sur le refrain. Puis, ils ont enregistré la partie sonore.

Pas de problème pour filmer. Chris et Celena ont l'habitude de faire des vidéos pour s'amuser. Les laboratoires d'un lycée proche serviront de décors. "J'avais fait des recherches sur la manière de faire un clip musical, les différents plans, les différents effets", raconte Celena. Le tournage, le montage : beaucoup de travail, mais toujours divertissant. "La soumission devait être faite avant mi-juillet. On était un peu juste ! Heureusement, ils ont repoussé la date limite à fin août. Cela nous a permis de régler les derniers détails de la vidéo car elle durait 95 secondes !" Une fois postée, il a fallu attendre fin septembre. Celena et Chris ont alors su qu'ils étaient parmi les 10 finalistes. Début octobre, ils ont été contactés. Ils avaient été désignés vainqueurs et étaient invités à participer à l'expo qui se tenait sur le Mall à Washington, DC les 23 et 24 octobre pour recevoir leur récompense.

Une expérience enrichissante

Le voyage à Washington a enthousiasmé tout le monde. "Il y avait plein de choses à voir : des expériences et des présentations. Et vraiment beaucoup de monde !" Une prestation sur la vie de Marie Curie a particulièrement marqué la famille. Ce festival, une excellente initiative. "Plus tôt les enfants sont exposés à la science, plus facile c'est de les y intéresser ensuite. Le problème, c'est que souvent les enfants ne sont pas exposés" témoigne Melanie. Pour Celena et Chris, la route sur le chemin de la science est encore longue. Celena arrive bientôt à la fin du lycée. Pour l'université, elle a déjà une idée. "Je veux devenir ingénieur. Je voudrais aller étudier à Georgia Tech" confie-t-elle. Chris envisage lui de devenir psychiatre.

Pendant toute l'expérience, les retours ont été très positifs. "Ils ont passé la vidéo à l'école. On entendait les autres chanter le refrain dans les couloirs. Et plein de gens sont venus nous voir au sujet de cette vidéo." Même de France ! Ce qui donne des idées à Melanie pour les vacances de Noël. "Ils apprennent l'espagnol à l'école, on pensait faire une version espagnole de la vidéo. On va peut être leur demander de faire une version française !" Chris et Celena ne semblaient pas si enthousiastes...

- [1] Le site internet de l'USA Science and Engineering Festival : http://www.usasciencefestival.org/
- [2] The Kavli Foundation est une fondation dédiée à l'avancement des sciences pour le bénéfice de l'humanité et à l'amélioration de la compréhension des sciences par les citoyens : http://www.kavlifoundation.org/
- [3] Le site internet Scivee a été fondé en 2007 comme une plateforme permettant d'enrichir la publication de travaux de recherche et de faciliter les collaborations entre chercheurs. Aujourd'hui diversifiée, le but de la plateforme est de rendre la science plus visible : http://www.scivee.tv/

Je n'ai pas toujours été d'accord avec Rudolf Bkouche, principalement en ce qui concerne la place des pratiques dites "instrumentées" dans l'enseignement des mathématiques (et ne le suis toujours pas!), qui, de son point de vue,  sont un symptôme de la dépendance de l'homme à la machine, alors que pour moi elles relèvent de l'émergence d'un nouveau support plus dynamique que le seul papier, que l'enseignant comme l'élève doivent être en mesure d'utiliser de façon naturelle, avec les avantages mais aussi les limitations associées, qu'il soit de réflexion, de représentation, de délégation, de modélisation/simulation ou de communication .

Je suis en outre assez admiratif de la clarté des propos de cette conférence, de l'explication des distinctions qui sont faites entre enseignement et formation et le pourquoi de la nécessité de conserver  le savoir au centre de l'école, afin de ne pas "rater la cible", afin de ne pas l'oublier comme on est en train de le faire, dans une société qui pourtant se proclame de la "connaissance".

Je reste cependant toujours critique sur la confusion qui est faite à la fin de la conférence entre un asservissement inéluctable de l'homme à la technique, principalement informatique et numérique, et l'émergence de son utilisation émancipatrice, sur la confusion entre enseignement de l'algorithmique et d'informatique. Je comprends le risque qu'il peut y avoir à ce que ce type d'enseignement, pensé au départ comme "théorique général"  ne devienne, par facilité, un enseignement "pratique sur un logiciel en particulier", et que cela se termine en apprentissage de ce seul logiciel. Il n'en reste pas moins que le support numérique est devenu incontournable, dans les actes les plus élémentaires et qu'une pratique, si modérée soit-elle, des algorithmes et des codes, me parait plus émancipatrice qu'asservissante.

Lille1.tv

Vasarely Tribute from Reza on Vimeo.

A Drifting Up from Reza on Vimeo.

EMERGENT from Reza on Vimeo.

Unsquare Dance est un morceau de Dave Brubeck. Il a été repris par Paddy Milner. J'adore!

A 131 ans, après avoir survécu à deux guerres mondiales, l'étalon du kilogramme est plus que jamais menacé. Les chercheurs, qui veulent sa peau depuis plusieurs décennies déjà, ont peut être enfin trouvé le moyen de s'en débarrasser. Le National Institute of Standarts and Technology (NIST) semble avoir démontré que ses travaux permettront de redéfinir le kilogramme lors de la réunion du Comité International des Poids et Mesures (CIPM) à Paris en octobre. Une proposition en ce sens a reçu un avis favorable et elle devrait être sérieusement étudiée lors de la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) qui se tiendra en octobre 2011.

Pourquoi vouloir remplacer ce cylindre de platine et d'iridium qui semble imperméable aux effets du temps ? Justement, tout est dans le "semble". En réalité, chaque année, l'étalon du kilogramme prend du poids ! Un microgramme environ. Il existe un protocole de nettoyage mais rien n'assure que la séance d'amaigrissement fonctionne parfaitement. Etant l'étalon, sa masse officielle est toujours théoriquement d'un kilogramme. Conclusion, quand il grossit, ce sont en fait toutes les balances du monde qui se trouvent déréglées.

Un microgramme, cela ne parait pas beaucoup. Mais pour assurer la précision et la reproductibilité des mesures scientifiques, cette variation est beaucoup trop importante. De plus, l'étalon matériel international, conservé à Paris, peut être détruit et il n'est pas facilement reproductible. Chaque pays possède une copie, un étalon national, qui sert à faire de nouvelles copies qui peuvent ensuite être utilisées pour calibrer balances et autres instruments de mesure. A chaque reproduction, la précision de l'étalon obtenu baisse. Il faut donc trouver une manière de dématérialiser cet étalon, c'est-à-dire d'en donner une définition qui permette de produire un kilogramme facilement et avec une excellente précision.

Les chercheurs n'en sont pas à leur première victime. Il y a tout juste 50 ans, lors de la 11ème CGPM [1] le Système International d'Unité (SI) était établit. Au passage, la définition du mètre était modifiée permettant de se débarrasser de l'étalon matérialisé en 1889 sous forme d'un barreau de platine et d'iridium d'un mètre de long.

Les constantes fondamentales : la voie de la dématérialisation

Sept unités de base forment le système international : le mètre (longueur), la seconde (durée), le kilogramme (masse), l'ampère (courant électrique), le kelvin (température), la mole (quantité de matière) et la candela (intensité lumineuse) [2]. Elles sont indépendantes et permettent d'exprimer toutes les autres grandeurs mesurées. La vitesse par exemple s'exprime en mètres par seconde. Le SI a été adopté par tous les pays du monde à l'exception du Liberia, du Myanmar et... des Etats-Unis ! Intéressant de voir donc que malgré cela, le NIST concentre une partie de ses activités sur le SI.

Pour atteindre une précision maximale dans la définition des étalons pour chaque unité du système international, il faut utiliser des repères les plus stables possibles. Les progrès de la physique ont permis de découvrir ces repères stables dans la nature : les constantes fondamentales. Ces grandeurs sont considérées, dans les théories actuelles, comme invariables dans le temps et dans l'espace. La vitesse de la lumière en est un exemple. En 1960, la seconde étant définie de manière relativement précise, il a suffit de fixer la vitesse de la lumière pour définir le mètre. Et ainsi se débarrasser du barreau de platine iridié. Le mètre est maintenant défini comme la distance parcourue par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde.

Cet exemple montre que, bien que les unités soient indépendantes, la définition d'un étalon peut faire appel aux autres unités. A l'heure actuelle par exemple, les définitions de la mole, de l'ampère et de la candela font appel au kilogramme (figure 2). L'imprécision sur l'étalon du kilogramme implique donc aussi une imprécision sur les autres unités.

Le kilogramme, dernière unité à dématérialiser

Pour pouvoir définir les sept unités de base, il faut fixer la valeur de sept constantes fondamentales. Leur choix dépend des protocoles expérimentaux qui permettent de produire les étalons. Connaissant la relation mathématique entre fréquence et longueur d'onde d'une onde monochromatique - impliquant la vitesse de la lumière - il est possible de produire un étalon du mètre avec un laser, si la seconde est bien définie et si la vitesse de la lumière est fixée. Dans ce cas, il y a une dépendance unique entre mètre et seconde et donc besoin d'une seule constante. Etant donné les relations de dépendance entre étalons, la dématérialisation du kilogramme implique de fixer la valeur de plusieurs constantes fondamentales en même temps.

Avant de fixer des constantes simultanément, il faut s'assurer que les différents protocoles expérimentaux mis en place pour définir les étalons assurent une définition assez précise de la valeur de chaque constante. Cela est important aussi pour éviter une variation trop forte entre l'étalon actuel et l'étalon futur. Et c'est justement là que le bât blesse. Les protocoles expérimentaux en place ne permettaient pas jusqu'à présent d'atteindre un assez bon niveau de précision. Mais les efforts de ces dernières années semblent enfin être payants.

Au NIST, les chercheurs travaillent sur une expérience qui pourrait permettre de dématérialiser le kilogramme : la balance de Watt (figure 3). Il s'agit d'un instrument qui utilise différentes lois physiques pour convertir l'effet d'une masse en un effet électromagnétique mesurable [3]. Les calculs décrivant cette conversion permettent de définir le kilogramme en fonction de la constante de Planck. Une autre méthode concurrente, notamment soutenue par les australiens [4], consiste à fabriquer une sphère contenant précisément une mole de silicium nécessitant alors de fixer la constante d'Avogadro. Il existe donc des enjeux diplomatiques importants dans les négociations qui vont conduire à l'adoption d'une nouvelle définition.

Il semble au final que les limitations sur la précision de la balance de Watt soient aujourd'hui levées ouvrant la voie à une nouvelle définition du kilogramme et la naissance d'un étalon dématérialisé. Pour assurer la réalisation de cette définition, une dernière difficulté demeure. Il reste à assurer le développement des balances de Watt afin de permettre à chaque pays de bénéficier d'une manière de produire un étalon fiable. Cependant, cela n'empêchera sans doute pas le kilogramme de disparaître très prochainement.

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