Des histoires raconter aux petits comme aux grands

Des histoires à raconter, aux petits comme aux grands ou comment devenir un héros quand on pratique la méthode scientifique : Du bon usage de l’histoire des sciences en classe D. Fauque Paris de Sciences Congrès UDPPC. Oct. 2007 Ce document ppt ne donne que les points principaux abordés durant l’atelier du lundi 29 octobre 2007, ENCPB. Pour des renseignements complémentaires, merci de s’adresser à l’auteur : dymfau 2@orange. fr

1. De l’or dans l’égout : découverte de la glycérine (ST 2 S) • • Michel-Eugène Chevreul (17861889) 1809 : reconnaît la glycérine dans les cristaux d’un sel d’acide gras : • • « l’observation que je fis des cristaux de margrate de potasse dans un savon mou, employé avec succès dans le département de la Seine-inférieure au foulage des draps, a été le point de départ de mes recherches, et tout fortuit qu’il fût, il était le plus favorable qui pût se présenter à des travaux dont le but devait être de réduire la matière soumise à l’expérience en espèces chimiques définies par leurs propriétés » [1] • Une pâte à laver obtenue à partir d’un mélange de graisses et de cendres de bois est connue depuis la plus haute antiquité. Pline l’ancien accorde l’invention du savon aux Phocéens, et présente son mode de fabrication. Les germains le fabriquaient aussi en grande quantité et le diffusaient dans l’empire romain. Jusqu’au XVIIe siècle, le savon de Venise est particulièrement apprécié. À la fin du XVIIIe siècle, les chimistes s’intéressent à sa composition, et veulent en améliorer le rendement de fabrication. C. W. Scheele (Suède) caractérise une substance qui accompagne toujours la fabrication d’un savon, et l’appelle ‘le principe doux des huiles’. En 1809, l’attention de M. E. Chevreul (Muséum d’histoire naturelle, Paris) est attirée par le bel éclat brillant d’un sel d’acide gras. Il l’étudie, et isole une substance qu’il identifie au principe de Scheele. Il la nomme glycérine (de qui veut dire doux et -ine conventionnellement attribué à des substances liées à la vie).

2. La découverte des oligo-éléments (idée pour un TPE) • Gabriel Bertrand (1867 -1962) • 1896 : les enzymes connus pour intervenir dans des réactions d’hydrolyse, peuvent intervenir aussi dans des réactions d’oxydation (processus de respiration des plantes, coloration à l’air des tissus végétaux…). Contre les idées alors admises. « cette prétendue découverte d’un ferment oxydant est une pure hérésie » dit un des professeurs de la Sorbonne (1896) [2]. Mais la découverte de G. Bertrand va bouleverser les connaissances des réactions enzymatiques. • • Dans cette réaction, un métal, le manganèse joue un rôle essentiel dans l’action oxydante de l’enzyme, il est placé sur un site protéïque. Cette découverte est le résultat d’une analyse très soignée. Ouverture d’un champ de recherches. On découvre ainsi les traces du zinc, cuivre, nickel, cobalt, rubidium, strontium, titane, bore et arsenic.

3. Des couleurs dans le goudron : de la mauvéine à l’indigo • • • 1856 : W. Perkin découvre la mauvéine 1859 : Verguin découvre la fuchsine 1860 : Ch. Lauth crèe le violet de Paris 1869 : Carl Graebe et Carl Liebermann synthétisent l’alizarine 1880 : A. Baeyer synthétise l’indigo en laboratoire (mais rentable industriellement à partir de 1910 seulement) La découverte des colorants de synthèse va bouleverser l’industrie textile, apportant la fin de l’économie des teintures naturelles, et la ruine de petits exploitants, et corrélativement la montée en puissance de grandes industries chimiques, principalement allemandes, comme AGFA (Berlin, 1873), BASF (1865), Hoechst (1880) et Bayer (1881), ces dernières en Rhénanie-Westphalie [3]. C’est aussi dans le même temps la naissance de l’industrie pharmaceutique, et la découverte de nombreux médicaments, c’est aussi la naissance des parfums artificiels.

4. Un microscopique microscope : Leeuwenhoek (c. 1700) • • • 41 x 17 mm Une lentille F=2, 12 mm Grossissement 118 Se manipule au moyen de deux vis, se met très près de l’œil. • Résultats : découverte des microorganismes dont les spermatozoïdes • Capital pour comprendre la transmission de la vie : un des grands problèmes du temps mais ce n’est pas le problème de Leeuwenhoek. • Question philosophique : le passage de non-être à l’être (télescope et microscope ont révélé un monde inconnu) • Le monde des penseurs est embarrassé

5 - Histoire des sciences : une application • • Cette présentation est constituée de deux parties. La première était simplement une « mise en bouche » avec quelques exemples de sujets à exploiter. La documentation peut en être trouvée facilement dans les encyclopédies, dictionnaires, ou revues scientifiques de vulgarisation, ou encore sur internet. La deuxième partie, qui suit, s’appuie sur le document d’accompagnement des programmes de collège, et plus particulièrement dans l’esprit des thèmes de convergence. Elle propose une méthode d’approche ou d’utilisation de la dimension historique en classe, valable, quel que soit le niveau considéré, et un exemple, « la pile de Volta » . Les quelques images ici présentées sont tirées d’un film réalisé au premier semestre 2007, de quatorze minutes, qui propose l’expérience de la constitution de la pile et de l’étude de ses propriétés, utilisable de la cinquième à la terminale, sans aucune interprétation. Ce film permet de compléter l’étude du texte extrait de la lettre (en français) de Volta au président de la Royal Society, en 1800.

6. Intégrer la dimension historique • L’histoire des sciences et des techniques permet la compréhension de ce monde et illustre la pluridisciplinarité • Une découverte ne se fait pas de façon isolée mais est reliée aux préoccupations de la société dans laquelle apparaît Elle illustre donc la méthode d’investigation - émergence du problème - analyse du problème - formulation d’hypothèses explicatives - vérification des hypothèses - élaboration d’une méthode, d’une loi ou d’une théorie…

7. Comment introduire l’histoire des sciences et (ou) des techniques au collège ? (Suggestions) • Formes 1. Par petites injections 2. Par séquence entière sur un point historique • Comment préparer les petites injections ? 1. Dictionnaires, encyclopédies, documentation papier d’abord, internet ensuite (recherches rapides) 2. Eviter les anecdotes subjectives ou les opinions personnelles 3. Insister sur le rôle des influences dans un groupe, de l’époque, de ce qui est dans le vent, ce qui court dans l’air…Apports mutuels. 4. Celui qui découvre est celui qui aura le mieux analysé, le mieux approché l’inconnu, trouvé des réponses originales et fécondes. 5. Insister sur la curiosité toujours en éveil, la mise en questionnement devant les faits observés, la rigueur du raisonnement.

8. Eléments pour une séquence historique • Préparation du maître 1. Choix du texte ou de l’image, appropriation du contexte 2. Si c’est un texte : Préparation de l’étude du vocabulaire 3. Si c’est une image Analyser toutes les parties de l’image en prévision des questions des élèves, même si tout ne sera pas exploité • • Préparation des questions Ambitions limitées

9. Préparation de l’expérience en classe (avant le film) Crédit photos iconomust. com

10. Une pile Volta moderne Crédit photos iconomust. com

11. L’invention de la pile par A. Volta (1800) Le contexte 1. Les instruments d’électricité – Machine électrostatique – Bouteille de Leyde – Eudiomètre – Electrophore – Electroscope à feuilles 2. L’ électricité est statique. Elle est stockée sur un isolant. 3. Les anatomistes contre les physiciens Galvani/Volta : controverse de l’électricité animale

12. L’invention de la pile par A. Volta (1800) • • • Le poisson-torpille donne des décharges dans un milieu humide : ce qui intrigue La quantité de son fluide électrique semble illimité 1797 : W. Nicholson pose le problème et lance le défi : « a machine might be constructed also capable of giving numberless shocks at pleasure, and of remaining its power for months, years, or to an extend of time of which the limits can be determined only by experiment « (p. 358)

13. L’invention de la pile par A. Volta (1800) • La lettre écrite le 20 mars, et lue à la séance de la Royal Society le 26 juin "Cet appareil semblable dans le fond, comme je ferai voir, et même tel que je viens de la construire, pour la forme, à l'organe électrique naturel de la torpille, …, bien plus qu'à la bouteille de Leyde…je voudrois l'appeler organe électrique artificiel. Et au vrai n'est-il pas … composé uniquement de corps conducteurs ? N'est-il pas actif par lui-même, sans aucune charge précédente, sans le secours d'une électricité quelconque excitée par aucun des moyens jusqu'ici, agissant sans cesse et sans relâche, capable enfin de donner à tout moment des commotions plus ou moins fortes… » (p. 405)

15. Le texte élève : L’invention de la pile par A. Volta (1800) • • « Je me fournis de quelques douzaines de petites plaques rondes ou disques, de cuivre, de laiton, ou mieux d’argent, d’un pouce de diamètre, plus ou moins, (par exemple de monnoyes) et d’un nombre égal de plaques d’étain, ou, ce qui est beaucoup mieux, de zinc, de la même figure et grandeur, à peu près ; je dis à peu près, parce qu’une précision n’est point requise, et, en général, la grandeur, aussi bien que la figure, des pièces métalliques, est arbitraire : on doit avoir égard seulement qu’on puisse les arranger commodément les unes sur les autres, en forme de colonne. Je prépare en outre, un nombre assez grand de rouelles de carton, de peau, ou de quelque autre matière spongieuse, capable d’imbiber ou de retenir beaucoup de l’eau, ou de l’humeur dont il faudra, pour le succès des expériences, qu’elles soient bien trempées. Ces tranches ou rouelles, que j’appellerai disques mouillés, je les fais un peu plus petites que les disques ou plateaux métalliques, afin qu’interposées à ceux, de la manière que je dirai tantôt, ils n’en débordent pas. « A quelle électricité, donc, à quel instrument, doit-il être comparé, cet organe [du poisson]-torpille, de l’anguille tremblante, etc ? À celui que je viens de construire…et que mes expériences successives…ont si bien confirmé, savoir, que les conducteurs sont aussi, dans certains cas, moteurs d’électricité, dans le cas du contact mutuel de ceux de différente espèce, etc. à cet appareil, que j’ai nommé organe électrique artificiel, et qui, étant dans le fond le même que l’organe naturel [du poisson-] torpille, le ressemble encore pour la forme, comme j’ai déjà avancé. » (FIN).

16. L’invention de la pile par A. Volta (1800) – Figures Fig. 1 : de gauche à droite : argent puis zinc, dans des tasses ou gobelets d’eau salée, disposés en couronne. « Pour avoir une commotion, il suffit de tremper les doigts d’une main dans le premier gobelet, et les doigts de l’autre main dans le dernier gobelet » . Fig. 2 -3 -4 : la colonne aussi haute que l’on veut, Et association de colonnes.

17. Thèmes de convergence (collège) • Thèmes de convergences l’Histoire des sciences et des techniques sous l’expression « dimension historique » Est dans ce cadre un élément fédérateur (trans-pluri-interdisciplinaire) une découverte est liée à plusieurs disciplines chaque enseignant apporte selon sa discipline Donc la globalité du champ est couverte • L’exemple ici présenté est un peu particulier. L’objectif reste dans l’ensemble très modeste. (l’exemple de l’expérience de Volta est détaillé dans un article à para ître en 2008, [4])

Lors du congrès, un collègue me disait le samedi : « au cours de mes études, je n’ai eu aucune difficulté à appliquer les lois de la mécanique quantique, mais je ne comprenais rien au p. H. C’est par l’histoire des sciences que j’ai pu comprendre cette notion » …Qu’il en soit ici remercié.

Sources • • Références [1] Fauque, D. (2007). « Du savon au glycérol » , in Histoire des sciences, document d’accompagnement, enseignement général, physique-chimie, programmes ST 2 S, sur http: //eduscol. education. fr , 89 -91. Jacques, J. (1990). L’imprévu ou la science des objets trouvés (Paris, Odile Jacob). [2] Fauque, D. (2008). Notice Gabriel Bertrand in Itinéraires de chimistes, 1857 -2007, 150 ans de chimie en France avec les présidents de la SFC, coordination Laurence Lestel (EDP sciences, Les Ullis, janvier 2008). [3] Fauque, D. (1993). « La chimie française, à l’orée du XXe siècle » in Pour la Science, 189, juillet 1993, 44 -50 (coauteur G. Bram). « Regards sur l’histoire des colorants artificiels au XIXe siècle : du rôle de la rosaniline » , in BUP, 769, décembre 1994, 1753 -1774. [4] Fauque, D. (2008). « Introduire la dimension historique au collège en France, » in Revue en éducation des sciences physiques et naturelles, des mathématiques et des TIC, 2, à paraître. [5] Introduire une dimension historique dans l’enseignement de physique-chimie au collège et au lycée : La colonne de Volta, 2. L’expérience. Film, scénario D. Fauque, techniciens M. Fuet et G. Hardy, produit par Collège Stanislas. Bibliographie pour l’expérience de Volta : -Lettre de Volta du 20 mars 1800, de Côme, lue à la Royal Society, le 26 juin 1800, in Philosophical Transactions, 1800, part II, p. 403 -430. -Pancaldi, G. (2005). Volta : science and culture in the age of enlightenment (Princeton , Oxford : Princeton University Press). -Piccolino, M. & Bresadola, M. (2003). Rane, torpedini e scintille : Galvani, Volta e l’elettricità animale (Turin : Bollati Boringhieri editore).