TangenteX.com

Les objectifs de TangenteX

Le nom de mon site est un hommage à l'Ecole Polytechnique, qui produisit une foule de physiciens et d'ingénieurs que vous rencontrerez au fil des pages de TangenteX. Les anciens auront reconnu le célèbre accessoire du Grand U... L'X accueillit et accueille toujours des professeurs de physique exceptionnels de J.Fourier hier à Jean Dalibard et Jean-Louis Basdevant, pour ne citer qu'eux.

Les objectifs de ce site sont simples :

  • revenir sur quelques chapitres de la physique élémentaire qui me semblent devoir être éclairés,
  • sensibiliser les lycéens et les étudiants en sciences de prépa et de licence à l'utilisation du calcul numérique en physique,
  • leur fournir les schémas numériques et les outils nécessaires aux premiers pas en physique numérique,
  • donner quelques aperçus de la programmation en Python, C, Maple, Fortran et Scilab,
  • faire des expériences de physique numérique.

Pour aborder ces différents points, je m'inspirerai du programme 2012 de physique de TS, en débordant largement sur celui de MPSI et PCSI.

Le programme 2012 de physique en S

Ce qu'apporte le programme de physique de 2012

Quand les BO ont annoncés les programmes de physique en 1S et TS, respectivement le 30/09/2010 (pour l'année 2011-2012) et le 13 octobre 2011 (pour l'année 2012-2013), je suis resté assez dubitatif. J'ai donc attendu de pouvoir me procurer les manuels correspondants pour voir ce que cela donnait. Et je ne pas été déçu du voyage !
La lecture de la table des matières du manuel de 1S et de celui de TS est passionnante (il s'agit des "Sirius" chez Nathan). D'abord, ces manuels sont magnifiques, il faut le dire ! Rien à voir nos ternes "Cessac et Tréherne" que tous les élèves de C de ma génération connaissent bien, même la couverture était grise...
Et surtout les têtes de chapitres et de paragraphes sont jouissives, oui carrément ! Imaginez qu'en 1S, on aborde la catastrophe ultraviolette, la notion de photon et que l'on évoque la dualité onde-particule. L'expérience de Milikan est décrite et resituée dans son contexte et sa signification ! Pour ne parler que de ça...
Et que dire du programme de TS ! La mécanique remet la quantité de mouvement à l'honneur. On y étudie l'analyse spectrale et même la RMN mais le plus surprenant n'est pas là... Tout un chapitre consacré à la relativité restreinte et à la transformée de Lorentz (même si elle n'est pas nommée dans le "Sirius") ! Et encore plus fort, un autre chapitre consacré à la dualité onde-particule et une introduction à la physique quantique, sans parler de l'étude de l'absorption quantique et du laser...
Bref, j'en suis resté bouche bée ! J'envie et je plains à la fois les professeurs de physique ! La matière est passionnante, les outils plutôt bien faits. Enfin, ils vont pouvoir parler de physique moderne ! Relativisons tout de même: cette physique là est vieille d'un siècle pratiquement, mais ne boudons pas notre plaisir. Je les plains parce que je me demande comment ils vont caser tout ça dans le peu de temps que l'année scolaire leur alloue. En toute honnêteté, cela me semble irréalisable mais bon.. Et surtout, comment expliquer cette physique ?
Depuis le début de l'annèe dernière, j'ai eu l'occasion de discuter longuement avec des élèves de 1S et de TS du lycée d'à coté. Il semble que beaucoup de choses soient survolées ou même ignorées, mais comment le reprocher aux profs ? Alors je me suis dit qu'il y avait à faire du coté de TangenteX...

Le retour d'expérience

Ces programmes, mis en place à partir de 2012, donnent leurs fruits dans les épreuves du Bac S. Et c’est consternant. Les associations de professeurs de physique ainsi que les physiciens commencent à s’agiter sérieusement.

Déjà, en 2014, nous avions eu un aperçu du sens physique des candidats lorsqu’une partie non négligeable de ceux-ci attribuaient au TGV une vitesse égale à celle de la lumière ! L’explication la plus plausible est que c’était la seule vitesse mentionnée dans l’énoncé. Car aujourd’hui, la compétence principale requise d’un élève de TS semble être de savoir « extraire l’information d’un texte ».
Le sujet de physique du bac 2015 confirme ! Doit-on expliquer à un élève de TS ce qu’est la « sustentation » ? Doit-on lui rappeler l’expression de la poussée d’Archimède puis lui poser la question dans le §1.1 ? Dont-on lui expliquer ce qu’est une vitesse supersonique ? L’élève doit connaitre la vitesse de la lumière mais pas forcément le spectre du visible ! L’énoncé donne parfois le résultat numérique et demande de le montrer, comme en troisième… Que sait exactement de la physique un élève « normal » de TS ?

Le programme de physique de TS ressemble à un cours de culture générale scientifique. Cette vacuité s’explique : les deux tiers des élèves de TS ne feront pas d’études scientifiques et iront grossir les rangs des écoles de commerce, de droit ou que sais-je encore. Ils se fichent donc complètement de la mécanique ou de la modélisation d’un phénomène simple par une équation différentielle. Ils savent extraire une information d’un texte mais pour ce qui est de donner l'interprétation physique de cette information, c’est une autre affaire. On observe des élèves qui obtiennent une note honorable en physique sans connaitre le moindre concept de mécanique. C’est ahurissant ! Remarquez que le programme de TS ne fait pas la différence entre masse grave et masse inertielle, alors…

Dans les programmes précédents, cet outil formidable que sont les équations différentielles était abordé au lycée. En cours de mathématique, lors de l'étude de la fonction exponentielle, et en physique lors de l'étude des systèmes oscillants mécaniques (le pendule) et électriques (les systèmes RC, LC et RLC). C'est pourquoi vous retrouverez sur TangenteX un certain nombre de pages dédiées à ce sujet. Ce fut d'ailleurs un sujet de polémique feutrée entre professeurs de math et de physique : qui devait aborder le premier les "équa diff" et avec quel formalisme ?
Et c'était bien ! Les élèves arrivaient en prépa ou à la fac avec une petite, toute petite idée, de ce qu'est une équation différentielle. C'était peu mais au moins, ils en avaient entendu parlé, en avaient vu une ou deux et même savaient les établir. C'était un des problèmes récurrents à l'épreuve de physique du bac. Et c'est un outil fédérateur entre les scientifiques et les autres, car on retrouve des équations différentielles chez les économistes, les gestionnaires et bien d'autres !

Et patatras ! Quelques pédagogues avertis, certainement pas des physiciens, ont décidé que le sujet était trop vaste et trop épineux pour continuer à être abordé au lycée. Ils ont décidé que les élèves de TS étaient trop bêtes ou alors trop surchargés, pour continuer à entrevoir ce monde merveilleux. Alors, exit les équations différentielles du programme depuis 2011, en math comme en physique. A part bien sur dans les lycées où les profs et les élèves ont suffisamment d'ambition et de courage pour aller sur ces terres, vous savez ceux qui fournissent les gros bataillons de l'X et Normale Sup ...

La vacuité du programme renforce les inégalités entre les lycées et les élèves. Car évidemment, les lycées qui préparent leurs élèves aux classes préparatoires scientifiques et aux concours des grandes écoles n’en restent pas là. Ces élèves ont droit à quelques « hors-programme » qui leur permettent de compenser les manques du programme officiel et d’aborder plus sereinement le programme de prépa. Parce que la transition entre le programme de TS et celui de MPSI ou PCSI est particulièrement douloureuse sans préparation, ce qui déplore l’Union des professeurs de classes préparatoires scientifiques.

Pourrait-on imaginer améliorer l’enseignement de la physique au lycée, par exemple :

  • Lier l'enseignement de la physique, "la philosophie naturelle" de Newton, au cours de philosophie, tant la physique participe à la connaissance de notre monde et de nous même.
  • Approfondir la mécanique. Aborder la relativité restreinte, c’est bien à condition d’avoir une idée précise de ce qu’est un référentiel et des lois de la mécanique newtonienne.
  • Abandonner les arguments d’autorité et revenir à la construction d’un raisonnement scientifique, qui s’appuie sur la connaissance des lois fondamentales.
  • Revenir à un équilibre entre connaissances et compétences. A quoi sert de savoir extraire une information d’un texte scientifique ou d’une expérience, si l’on ne sait rien des lois et des concepts que dévoile cette information ?
  • Réapprendre à modéliser un phénomène. L’étude du circuit RC ou LC était une excellente approche de cette démarche.
  • Créer des synergies entre le cours de math et de physique, en introduisant la physique numérique. Y ajouter une formation solide en programmation serait encore mieux.
  • Et enfin, réserver la TS aux élèves qui se destinent aux sciences et qui ont le goût des sciences. Il existe d’excellentes filières pour ceux qui rêvent d’une école de commerce ou d'une fac de droit.

Ce que propose TangenteX

Dans l'esprit de TangenteX, je me suis donc dit qu'il était certainement possible de proposer aux élèves de 1S et de TS quelques expériences de physique numérique qui éclaireraient un peu les notions abordées dans ce nouveau programme. Voici pêle-mêle quelques exemples que vous trouverez sur TangenteX :

  • l'analyse spectrale d'un son
  • les photons et autres particularités de la lumière
  • l'expérience de Millikan
  • la transformée de Lorentz et ses conséquences
  • l'effet Compton
  • l'origine de la physique quantique à travers le modèle atomique de Thomson
  • la catastrophe ultraviolette, autre expérience à l'origine de la physique atomique
  • et aussi quelques outils, comme l'application des statistiques au traitement des données en physique (si si c'est au programme!)

Les objectifs sont ambitieux, et je suis ouvert à toutes critiques et suggestions que vous voudriez me faire, par exemple sur la page FaceBook de TangenteX.

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