VI.4.2.3 Présentation du modèle

Après avoir proposé les deux activités expérimentales décrites ci-dessus dans le but de susciter des interrogations mais aussi de fournir des indices que ce qui se passe dans le milieu, le TP n°2 propose une première interprétation microscopique de la propagation du son à l'aide de la projection d'un film court (3 minutes). Ce film a fait l'objet d'un projet de recherche (Robles, 1997) et présente à l'aide d'un modèle matérialisé (de petits aimants sur un coussin d'air) la façon dont une impulsion mécanique peut se propager de proche en proche. Cependant, ce film est insuffisant pour permettre le transfert à des situations sonores vibratoires puisque qu'on n'y voit qu'un aller-retour. De plus, les contraintes matérielles du système ne permettent pas de conclure franchement et sans ambiguïté à un non-déplacement de matière. Cependant, il permet déjà de construire des idées intéressantes quant au modèle à élaborer. Pour rendre les élèves acteurs de la mise en texte ou en image de ce modèle, il leur est demandé de faire un schéma représentant la propagation du son dans le gaz, de décrire le mouvement d'une particule du gaz lors de la propagation du son et enfin de dire s'il y a transport de matière de l'émetteur au récepteur. Ceci permet d'une part de vérifier que cette première simulation est une bonne base pour la construction d'un modèle plus complet, d'autre part de susciter bien souvent le débat dans la classe.

Nous avons considéré cette première interprétation comme suffisante pour la suite des activités de la progression (en particulier première modélisation du fonctionnement du microphone).

Ce n'est que dans le TP n°6, considéré comme majeur par le groupe SOC, que le modèle particulaire est finalisé. Cette fois, comme dans d'autres expérimentations (Tiberghien A. et Megalakaki, 1995) le modèle est imposé en début de TP et sert de support jusqu'à la fin de la séance, moment où il pourra être enrichi. Ce modèle utilise du texte et des représentations iconiques fixes inspirés d'un travail réalisé sur le sujet (Arnaud, 1997) mais aussi de représentations de livres scolaires de seconde (Lecardonnel et al., 1997, p. 116 ; Tomasino & Pénigaud, 1993, p.108). Les représentations particulaires choisies ici sont reprises d'un logiciel d'animation élaboré par Foley (1995). Le modèle est présenté explicitement aux élèves sous le titre de "Modèle de l'onde sonore" et est rédigé de la façon suivante :

message URL FIGVI-06.gif
Figure VI.4-6 : modèle de l'onde sonore

Ce modèle sépare donc explicitement ce qui se passe dans le temps de ce qui se passe dans l'espace en soulignant cependant que c'est seulement en considérant les deux évolutions qu'il est possible de caractériser l'onde sonore. Pour minimiser les risques de confusion avec la représentation spatiale, la représentation temporelle n'a pas été, volontairement, présentée de gauche à droite mais de haut en bas. Ces deux évolutions, séparées pour des raisons didactiques, doivent ensuite pouvoir être mises en relation pour comprendre réellement le mécanisme de propagation. Les études de l'utilisation de ce modèle (Arnaud, 1997) concluent à la nécessité de l'animer les images fixes fournies ici pour tenter d'améliorer ce rapprochement. Cette simulation animée a été réalisée hors du cadre du groupe SOC pour ce travail de thèse et que nous la détaillerons dans le dernier chapitre.

Enfin, on peut remarquer que ce sont moins ici les règles d'interaction entre particules qui sont décrites que le résultat de leur influence mutuelle en terme de zones de compression et de dilatation, dont le repérage graphique ne semble pas poser de problèmes (Chomat, Larcher et Méheut, 1992). En ce sens, ce modèle reste assez phénoménologique et n'a de microscopique que la représentation qu'il adopte. Il nous parait important d'utiliser le terme de particule (importé de ce qui est le correspondant le plus proche du savoir savant sur le sujet, la particule fluide) plutôt que le terme de molécules. A ce titre il serait plus correct du point de vue de la physique de parler d'échelle mésoscopique mais nous pouvons considérer au niveau d'enseignement où nous nous situons, et comme dans d'autres recherches, que tout ce qui n'est pas macroscopique (au sens d'observable à l'oeil nu) est microscopique. Nous préférerons parler de modèle particulaire.