6 janvier 1971 3 06 /01 /janvier /1971 17:24

Sujets de bac en physique :
discuter sans rien y comprendre

par Benjamin Carton (1)

En ligne le 27 juin 2014


Je me réjouis de voir dans les journaux les sujets du baccalauréat. On a ainsi l'occasion de vérifier si l'on ne s'endort pas trop dix, vingt ou cinquante ans après avoir eu l'âge de le passer. Les sujets de philosophie, cela faisait longtemps qu'ils animaient quelques discussions entre collègues, entre amis ou en famille. Cette année on a même le droit aux sujets de physique-chimie (série S). Allons y jeter un coup d’œil.


Le premier exercice, sur six points, porte sur le boson de Higgs-Brout-Englert (du nom des trois physiciens ayant eu l'idée de cette particule, il y a une cinquantaine d'années, alors qu'elle n'avait jamais été observée). Disons-le directement, le nombre de professeurs de physique-chimie au lycée comprenant ce qu'est le boson de Higgs se compte au mieux sur le doigt d'une main. Le sujet du bac propose donc de réfléchir à une notion que les professeurs eux-mêmes ne comprennent pas. Ce n'est pas de leur faute. Le modèle standard de la physique des particules, dans lequel le boson s'inscrit, a été rendu nécessaire pour rendre compte de phénomènes physiques que ni vous ni moi ne connaissons. Ce modèle standard, qui est extrêmement difficile, est étudié à l'université à partir de la cinquième année et dans une spécialité particulièrement exigeante reposant sur la maîtrise de mathématiques très avancées. En gros, c'est pour les super cracks ! Elle n'est bien sûr pas au programme de l'agrégation de physique.

 

Alors pourquoi un sujet sur le boson de Higgs au baccalauréat ? À lire le sujet, il ne s'agit pas de proposer une épreuve de physique, mais plutôt de français, voire d'herméneutique.

 

Première question « En quoi l’observation du boson de Higgs permet-elle de compléter la théorie du modèle standard ? ».

 

L'hypothèse d'un canular s'est présentée à mon esprit. Les élèves ne sachant pas ce qu'est le modèle standard (le modèle standard est la théorie, il n'y a pas de « théorie du modèle standard » au sens où l'on dit « théorie de l'électricité ») ni donc ce qu'est le boson de Higgs, on voit mal comment ils pourraient répondre. Heureusement, des documents sont là pour donner des pistes. 

 

 

Un extrait du premier texte (2) :

« La découverte du boson de Higgs signe le triomphe de ce qu’on appelle le « modèle standard » de la physique. Grâce au Higgs (comme l’appellent familièrement les physiciens), des voies s’ouvrent, permettant d’explorer la texture de l’espace-temps ou de plonger dans les premiers moments de l’Univers. »

 

La découverte du boson de Higgs « signe le triomphe de la théorie » mais ne la complète en rien, cela n'aide pas beaucoup. « Explorer la texture de l'espace-temps » ? C'est beau, sans doute l'auteur de ces lignes sait de quoi il parle. Mais pour nous c'est du chinois ou de la poésie surréaliste. « Plonger dans les premiers moments de l'univers » signifiant sans doute « observer des phénomènes qui ont dû se produire dans les premiers moments de l'univers » on ne voit pas comment cela permet directement de compléter une théorie.

 

Un extrait du second texte :

« Le modèle standard arrive à décrire toutes les particules élémentaires connues et la façon dont elles interagissent les unes avec les autres. Mais notre compréhension de la nature est incomplète. En particulier, le modèle standard ne répond pas à une question simple : pourquoi la plupart des particules élémentaires ont-elles une masse ?
Les physiciens Peter Higgs, Robert Brout et François Englert ont proposé une solution à cette énigme. Leur théorie est que, juste après le Big Bang, aucune particule n’avait de masse. Lorsque l’Univers a refroidi et que la température est tombée en-dessous d’un seuil critique, un champ de force invisible appelé "champ de Higgs" s’est formé en même temps que le boson de Higgs, particule qui lui est associée. L’interaction avec ce champ répandu partout dans le cosmos permet aux particules d’acquérir une masse par l’intermédiaire du boson de Higgs. Plus les particules interagissent avec le champ de Higgs, plus elles deviennent lourdes. Au contraire, les particules qui n’interagissent pas avec ce champ ne possèdent aucune masse. »

 

Ce second texte dit que le modèle standard ne rend pas compte de la masse des particules. C'est l'introduction du boson de Higgs qui permet cela. Il faut soit comprendre que le modèle standard a évolué entre une première formulation, standard I sans le « Higgs », et une seconde formulation, standard II avec le « Higgs » ; soit se ranger à l'idée que les deux textes sont contradictoires (car l'observation du Higgs ne serait pas le triomphe du modèle standard mais sa réfutation définitive). Mais toujours aucun rapport entre l'observation du boson de Higgs et une complétion de la théorie standard. En effet, c'est justement parce que les physiciens savaient ce qu'ils recherchaient qu’ils ont pu monter leur expérience !

 

Je ne sais pas ce qu'attendent les correcteurs, mais cette question ne demande aucune connaissance en physique mais plutôt de savoir être malin avec des textes qui ne sont pas scientifiques (bien qu'un des deux ait été écrit par un scientifique) car ambigus et partiellement contradictoires. Ce n'est pas la faute des auteurs qui n'ont pas rédigé ces textes pour un sujet du bac.



Deuxième question : « À quelle période de l’Univers l’observation du boson de Higgs nous ramène-t-elle ? »

 

La réponse est facile, elle apparaît à deux reprises dans les textes : « juste après le Big Bang » ou « dans les premiers moments de l’Univers ». Mais à cette question ambiguë, cette seule réponse possible est en fait totalement injustifiée. Les textes sont clairs, le boson des Higgs est inséparable de la masse des particules et est apparu dans les premiers moments de l'univers (c'est-à-dire pas dès le début). Ainsi, aujourd'hui encore, nous baignons dans un étang de bosons de Higgs : il n'a pas disparu. L'observation isolée (car c'est cela l'exploit des physiciens !) de bosons de Higgs ne nous ramène donc pas plus aux premiers instants de l'univers qu'au temps de Napoléon. Cela nous y ramène moins en fait car en isolant un boson de Higgs, on ne recrée pas un monde « avant la masse » ou « au moment où la masse est apparue ». L'analogie avec l'archéologie serait ici fausse. Retrouver un outil ou une statue datant de trois mille ans nous ramène bien trois mille ans en arrière car toute la civilisation d'alors y demeure d'une certaine façon. Mais en isolant un boson de Higgs aujourd'hui, quand bien même il est identique à celui d'il y a quinze milliards d'années (ils sont tous identiques), on n'a pas pour autant retrouvé un boson de quinze milliards d'années.

 

Ces deux premières questions doivent rapporter un demi-point chacune au candidat. L'enjeu n'est pas la note. Mais elles n'ont tout simplement rien à faire dans un sujet du bac. Il ne sert à rien d'interroger les candidats sur des choses qu'ils ne peuvent pas comprendre.

 

Le reste des questions porte sur la valeur de l'énergie cinétique d'une particule dans le cadre de la relativité restreinte (E=γmc2), qui elle est bien au programme. Pas toute la relativité restreinte, je vous rassure, seulement quelques aspects. Un autre exercice enfin porte sur la théorie de la gravitation de Newton, qui est pleinement au programme, et son application au voyage vers la planète Mars d'un petit robot qui s'appelle Curiosity.

 

Ce qui est à l’œuvre ici est simple : le baccalauréat veut faire moderne (l'envoi d'engins sur Mars, l'observation récente d'une nouvelle particule). Les grandes institutions scientifiques de vulgarisation comme le palais de la découverte veulent aussi faire moderne en présentant les innovations les plus récentes. Mais la science y est plus souvent présentée comme au service de l'industrie ou de l'exploit que comme véritablement scientifique, c'est-à-dire intelligible. Cette fausse vocation est à l'opposée de celle de Jean Perrin qui a fondé le palais de la découverte il y a 80 ans et qui toute sa vie a fait œuvre d'intelligibilité. Ceux qui souhaitent comprendre la physique peuvent lire à grand profit le seul de ses livres réédité, Les atomes (3).

 

© Benjamin Carton et Mezetulle, 2013

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Notes [cliquer sur le numéro de la note pour revenir à l'appel de note]

1 - Économiste, ancien professeur de mathématiques en classes préparatoires

2Le texte complet, dont nous ne rapportons qu'un extrait, est écrit par un journaliste. Une phrase du physicien Carlo Rovelli y est citée, qui met sur le même plan l'observation du boson de Higgs et la formulation de la loi de la gravitation par Newton. Le Figaro (http://etudiant.lefigaro.fr/orientation/actus-et-conseils/detail/article/un-scientifique-dement-ses-propos-rapportes-dans-un-sujet-du-bac-5924/) nous apprend que ce physicien a cherché en vain à démentir cette phrase, qu'il juge être une bêtise, auprès du journal. Il est scandalisé que le rédacteur du sujet du bac ait pu manquer de culture scientifique élémentaire au point de laisser la citation telle quelle. Comme elle n'apportait rien pour la question nous avons préféré la couper.

3 - Édition Champs, Flammarion avec une préface lumineuse de Pierre-Gilles de Gennes.

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commentaires

Incognitototo 05/07/2014 04:02


C'est donc vrai, on en est à un tel état de confusions... ça fait peur pour les profs qui ont pondu ces sujets et pour la hiérarchie qui les a acceptés.  

Ce que vous me répondez me rappelle deux blagues qui circulent sur le Net :

Évolution de l'enseignement des maths
depuis 1960

L’enfer est-il exothermique ou endothermique ? (Pour alimenter votre base de sujet 2015 ?)

P. Vincent 29/06/2014 09:24


La théorie des groupes est à la base des modèles proposés en physique des particules et quand je pense à la difficulté que représentait pour mes étudiants de licence de physique une initiation à
celle-ci, je me demande quelle mouche a piqué l'auteur du sujet. 


Susciter l'intérêt au moyen d'une vague explication peut être utile pour un vulgarisateur, mais une telle dérive dans un sujet de bac ne contribue qu'a dévaluer un
peu plus ce diplôme.

Fabien Besnard 28/06/2014 22:44


Le plus scandaleux dans cet exercice  ce sont les autres questions: aucune ne demande le moindre raisonnement ni la moindre connaissance. Il suffit d'appliquer les formules qui sont données
dans le texte! Au point où on en est, on ferait mieux de supprimer carrément le bac, cela aurait au moins l'avantage de sortir de l'hypocrisie. 

Benjamin Carton 29/06/2014 11:43



Mezetulle a reçu la réponse de Benjamin Carton :


 


************


Il me semblait en effet que le reste de l’exercice était facile, se bornant à des applications numériques de formules qui sont dans l’énoncé. Mais ayant passé mon bac il y a longtemps, je n’avais
pas les éléments pour juger correctement du niveau.


 


Le dernier exercice, qui envoie un robot sur mars, est intéressant. Il demande de penser  la position relative de deux planètes et d’une fusée à deux moments différents (départ de la Terre,
arrivée sur Mars) alors que les trois bougent sur des trajectoires différentes. Et bien la solution est simple, presque inoubliable : c’est la fable du lièvre (la fusée) et de la tortue (Mars) ;
la morale en moins.






Incognitototo 27/06/2014 14:39


Je suis stupéfait, j'ai cru au début de votre article que vous nous faisiez un canular, mais non... Il y a une question à laquelle vous ne répondez pas : comment un tel sujet, hors programme et
hors sujet, a-t-il pu être validé pour une épreuve du baccalauréat ?

Benjamin Carton 28/06/2014 20:43



Mezetulle a reçu la réponse de Benjamin Carton :


 


************


Je n‘avais dans mon texte que dénoncé ce qui me semble une absurdité. Il faudrait une longue analyse pour vous répondre. Beaucoup de textes sur l’école disponibles sur Mezetulle donnent
des pistes de réflexion. Je ferai seulement ici allusion à la dérive de la notion de “socle de compétences”.


 


Faire que les élèves acquièrent une compétence de lecture critique de documents est bien sûr une excellente chose. Nous vivons dans un monde saturé de discours et il faut s’armer pour ne pas être
dupe. Que l’on cherche à identifier les arguments d’un texte, à comparer ceux-ci entre plusieurs textes n’est pas un exercice idiot. Ce qui est idiot c’est d’exercer cette compétence à vide, par
exemple sur des textes totalement incompréhensibles (ils sont en français, vous pouvez les lire sans être choqué à première vue, mais on ne sait pas au fond de quoi ils parlent).


 


Voilà où mène la séparation des “connaissances” et des “compétences”.


 


Je suggère pour le bac 2015 des textes sur la télé-transportation (version Star Trek) ou sur l’efficacité des baguettes magiques (version Harry Potter), les compétences verront tout aussi bien à
s’exercer.



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