X.2.1.1 Rappel sur la difficulté de représentation du concept d'onde

Le concept d'onde, les mécanismes de propagation, la dépendance spatio-temporelle inhérente posent d'importants problèmes au savoir à enseigner dans les cas où il est hors de question d'utiliser un formalisme mathématique puissant mais complexe pour décrire ces phénomènes. Nous avons déjà mentionné ces difficultés. Nous citons ici des extraits des premières réflexions de l'actuel Groupe Technique Disciplinaire (1999) sur les principes directeurs pour l'élaboration des nouveaux programmes qui pointaient certaines de ces difficultés à donner une représentation du concept d'onde :

‘"La notion d'onde est probablement la plus délicate du programme actuel, et qui passe le moins bien. Comment faire comprendre la "double périodicité", longueur d'onde et période ? Faut-il faire tracer des courbes représentatives de la déformation de milieu à des instants différents Chacun sent confusément que ce n'est pas la bonne voie... Mais quels objectifs peut-on donner à l'observation des ondes en seconde ?".’

Le même texte propose ensuite un recours, classique mais dangereux comme nous l'avons déjà vu, aux analogies (surface d'un lac, corde tendue, ressort). Le ressort est même proposé pour introduire des concepts fondamentaux et mener des activités expérimentales à leur sujet. Certaines affirmations et propositions du passage qui suit nous paraissent peu fondées et parfois illusoires :

‘On pourrait mesurer la vitesse de propagation d'une onde sur un ressort plus ou moins tendu. Si l'excitation est périodique, on génère un train d'onde périodique. Les notions de longueur d'onde, de période et de vitesse pourraient être observées à l'aide d'une caméra et d'un magnétoscope avec arrêt sur image. La longueur d'onde s'identifie par la distance séparant deux crêtes successives, la période en observant le mouvement en un endroit donné. D'où la question : y a-t-il une relation entre longueur d'onde, période et vitesse ? Et sa réponse par des mesures.
Ces notions étant acquises, on pourrait observer au stroboscope le mouvement d'un haut-parleur, et analyser qualitativement le mouvement induit sur les molécules d'air : les élèves seraient amenés à appliquer la notion de propagation d'une déformation à une situation où l'on ne voit pas le mouvement du milieu mais seulement celui de la source de la perturbation. Il nous semble que l'on peut alors assez naturellement obtenir des élèves eux-mêmes une représentation correcte de ce qu'est une onde acoustique comme onde longitudinale, en se servant de l'analogie du ressort. Faut-il mesurer la relation λ=vT avec des ondes acoustiques ? Ce n'est pas certain. Quant à mentionner que la lumière est elle aussi une onde, sans détail supplémentaire autre que l'existence d'une vitesse finie, c'est sans doute possible.
Une progression de ce type ne sera-t-elle pas plus efficace que celle consistant à "observer" une sinusoïde sur un écran d'oscilloscope, produit ultime d'une chaîne de capteurs et de transformations à partir d'ultrasons tout aussi inaudibles qu'invisibles...’

Nous ne pouvons par contre que partager cet objectif louable de la fin de ce texte :

‘Il faut veiller à ce que l'instrumentation ne masque pas le phénomène, et que l'onde ne soit identifiée à cette courbe sur l'écran de l'oscillo : la mystification risquerait d'être complète’