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Etudier les matériaux : s'étonner, enquêter et manipuler

Développer la curiosité et l'esprit scientifique

Par Frédéric Duriez , le 26 janvier 2015

Soyons Curieux !

Matière à quereller

Grrr! Pourquoi le ruban adhésif se déchire-t-il en pointe ? Et pourquoi, quand je déchire un papier, la déchirure prend la forme d'un vaguelette disgracieuse ?!! Et quelqu'un peut-il m'expliquer pourquoi les spaghettis se cassent en plus de deux morceaux ?

La matière est source d'agacement. Elle semble illustrer la loi de Murphy qui voudrait qu'une chose qui peut mal se passer, se passe irrémédiablement mal.

Alors que tout cela nous fait trépigner, des scientifiques vont au-delà de ce simple étonnement. En expliquant leur démarche, leur recherche et leurs découvertes, ils stimulent notre intelligence.

Matière à s'étonner

Dans l'émission la tête au carré diffusée le 25 février 2013, Etienne Guyon, Elisabeth Bouchaud et Benoît Roman nous expliquent leurs découvertes, souvent issues d'observations du quotidien.

Pour mieux comprendre, ils nous expliquent que l'usage veut que nous utilisions le terme "matériau" dès lors qu'on fait référence à sa fonction, à son utilisation. Matière évoquera davantage la structure moléculaire, la texture,...

Pour percer les énigmes de la matière, on étudie sa structure moléculaire, mais aussi sa présentation sous différentes formes, et aussi les structures qu'elle permet de réaliser. A chaque étape, on utilise des modèles scientifiques différents.

Tout n'est pas dans l'infiniment petit ni dans le grand. "Ca se passe à différentes échelles", nous dit Etienne Guyon. Connaître le réseau cristallin du cuivre ne nous dit pas comment un tube de cuivre va se comporter à grande température, mais le tube de cuivre ne nous dit pas tout non plus, car selon l'agencement qu'on en fait, le comportement, la résistance aux sollicitations ne sera pas la même.

Un pont n'aurait pas la même résistance s'il était plat, la coquille d'oeuf non plus, d'ailleurs.

Cette approche qui consiste à changer d'échelle rappelle une des techniques de créativité développée par Alex Osborn et résumée par l'acronyme "SCAMPER".

Passé l'étonnement, et avant d'analyser en détail, Etienne Guyon insiste sur l'observation. Son livre matière et matériaux est très illustré, et il cite régulièrement Léonard de Vinci

Développer l'expression

Progressivement, le vocabulaire commun laisse place à des termes plus précis. On va parler de résilience (aptitude à subir un choc sans se rompre), de ductilité (aptitude à subir une déformation sans se rompre) ou de tenacité (résistance à la propagation de fissure). Des dizaines d'autres termes, utilisés parfois dans le langage courant, vont prendre une signification et exprimer le comportement d'un matériau soumis à la torture.

Travailler sur les matériaux, c'est découvrir qu'il y a de très nombreuses nuances derrière les mots que nous employons au quotidien (solide, fragile...).

test destructif

Apprendre en transversalité

Quoi de neuf dans la matière ? les animaux ! Car pour l'instant, le défi que posent certains animaux, comme le gecko, l'escargot et l'araignée restent sans réponse sérieuse !

Les sites académiques débordent d'études sur ces animaux, où l'on vante les caractéristiques techniques de leur production et les utilisations qu'on peut en faire. Les sites académiques présentent de nombreuses activités scolaires qui font le lien entre la biologie animale et la technologie.

Les élèves présentent les capacités d'un animal qui suscitent l'étonnement. Ils formulent des hypothèses, développent quelques explications scientifiques et exposent les perspectives dans le monde de la technique...

Des techniciens cherchent à produire des fibres comparables à la toile des araignées, sachant que leur élevage est difficile. Ces ingénieuses tisseuses ont la déplaisante manie de se manger entre elles. D'autres tentent de réaliser des robots qui se comporteraient comme des limaces ou des escargots, et qui pourraient ramper dans notre oesophage ou notre trachée pour nous réparer...

Quant au Gecko, il est capable de courrir sur les surfaces les plus lisses et de ridiculiser les meilleurs alpinistes. Est-ce une substance qui imbibe ses pattes ? On sait maintenant qu'il s'agit d'une structure particulière, mais comment la reproduire économiquement ? L'enquête commence.

 Apprendre en manipulant

Quel thème mieux que la matière et les matériaux peut inciter à la manipulation ? Etudier un matériau, c'est nécessairement l'observer, le manipuler, le soumettre à des tests.

Ç'est ce type de pédagogie active que promeut la fondation "La main à la pâte", qui consacre une rubrique au thème matières et matériaux. Des exemples détaillés d'activité et des travaux d'élèves donnent envie de se lancer rapidement !

illustrations : Frédéric Duriez

Références

Physique des tas de sable et de la matière molle - Yves Michaud - Canal-U
http://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/physique_des_tas_de_sable_et_de_la_matiere_molle.1076

Sciences et avenir "Du déplacement de l'escargot" consulté le 24 janvier 2015 http://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/20110308.OBS9331/du-deplacement-de-l-escargot.html

Universcience.tv Pourquoi la toile d'araignée est-elle si solide ? consulté le 24 janvier 2015 http://www.universcience.tv/video-pourquoi-la-toile-d-araignee-est-elle-si-solide-5747.html

Matière et matériaux. De quoi est fait le monde ?, sous la direction d'E. Guyon (Belin, 2010) - http://www.decitre.fr/livres/matiere-et-materiaux-9782701151823.html

La main à la pâte - rubrique "matières et matériaux" consultée le 24 janvier 2015 http://www.fondation-lamap.org/fr/search-activite-classe?facet%5Bim_categorie_activite_classe%5D%5B93%5D=93

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