Concevoir et réaliser des expériences de physique. Initiation à la recherche. Application aux TIPE,

Extrait de l'introduction La réalisation d'expériences originales passe par une utilisation particulière d'un certain matériel. Le matériel didactique est généralement bien fait, mais vise une expérience bien particulière en vue d'une cible très précise. Depuis des années, je m'efforce d'encadrer des travaux personnels en physique en imposant systématiquement l'obligation de réaliser une expérience originale. Chaque année, sont donc menées entre 10 et 15 manipulations, qu'il faut encadrer et diriger. Ce qui a permis ce travail est simplement la possibilité de réaliser de petits systèmes grâce à des produits courants, essentiellement de la grande distribution du bricolage, ou de rayons plus spécialisés. L'expérience originale vient, en général, d'une pièce maîtresse à trouver, à concevoir, ou à mettre en oeuvre dans une configuration expérimentale qui n'est pas sa destination initiale. L'objectif est de rechercher la configuration originale réalisable. Mais le réalisable dépend de ce que l'on peut faire avec du matériel de base. C'est pourquoi, l'ouvrage est articulé autour de la confection en vue de réaliser une mesure physique, puisque c'est là que s'arrête «le bricolage» et que commence l'expérimentation scientifique. Vous trouverez donc des méthodes de mesures mises en situation, des montages complets, ainsi que des matériaux, des techniques de base du travail de ces matériaux et l'outillage nécessaires. Les expériences qui illustrent ce livre relèvent essentiellement des domaines des ondes, de la mécanique et de la thermodynamique. L'optique et l'électronique n'interviennent ici que de manière marginale en tant que systèmes de mesure et non d'objet d'étude; en effet, les manipulations optiques et électroniques utilisent des éléments que l'on trouve couramment en laboratoire. De nombreux ouvrages détaillent ces montages. Il ne s'agit ni de donner une succession d'expériences avec des résultats, ni de se substituer de piètre manière aux catalogues didactiques, ni de donner des TIPE/ TPE clés en main. Il s'agit d'extraire et de présenter la démarche qui permet de réaliser une mesure sur la base d'une idée initiale. Il ne s'agit pas de donner du poisson, mais d'apprendre à pêcher... Il est nécessaire d'étudier chaque élément qui permet d'aboutir, et ce en se mettant à la place de la main qui fait et de la tête qui théorise et cherche des modèles simples: l'un enrichit alors l'autre. La démarche n'est pas simple dans cet apprentissage car les contraintes sont nombreuses: peu de temps, peu de moyens matériels, et de la sueur en attendant que l'idée vienne. Par habitude, il ne faut jamais lâcher l'idée initiale, l'idée d'expérience arrive: il faut regarder ce qui existe déjà dans le matériel et le petit outillage; orienter l'idée vers ce qui est faisable, en un temps court et à bas coût d'abord. Si les premiers essais sont concluants, on pourra alors investir un peu plus. Mais si l'idée vient, c'est simplement parce que tout fonctionne, pas toujours comme prévu, mais nécessairement dans le cadre de ce que l'on a conçu: le système monté fonctionne nécessairement selon les lois de la nature qu'il sollicite. Alors, il suffit de s'asseoir, de regarder, d'analyser et d'essayer de comprendre en se documentant si besoin. Il faut donc essayer, voir, faire le tri, bloquer des paramètres auxquels on n'avait pas pensé et qui ont été stimulés. Ou peut-être au contraire, les mettre en avant pour les étudier car ils sont nécessairement dans le thème initial même s'ils avaient été oubliés dans une première analyse.