Modèles à l’échelle mésoscopique dans l’enseignement de la physique, exemples du frottement solide et de la pression dans les fluides.

L’introduction de modèles particulaires à un stade précoce de l’apprentissage est un thème récurrent en didactique des sciences physiques, la grande valeur unificatrice d’une telle approche en constituant l’un des arguments majeurs. Le texte qui suit examine l’opportunité d’une telle démarche en élargissant la discussion à plusieurs échelles de description des phénomènes physiques. Il amène à l’idée de modèle mésoscopique, après en avoir rappelé l’importance en physique. Il argumente ensuite sur l’intérêt d’en introduire relativement précocement certains exemples. En effet, une explication en termes de molécules se présente souvent comme inutilisable pratiquement car trop compliquée ou même superflue. Le « tout macroscopique » n’a pas non plus tous les mérites. Certes, on peut facilement appliquer des lois ou exprimer des bilans globaux, mais ceci amène à des énoncés du type « il faut bien que » qui satisfont peu ou pas du tout le besoin d’explication. Deux exemples illustrent cet écart entre la démarche globale macroscopique et l’introduction d’une échelle mésoscopique, du point de vue de la didactique. Il s’agit de courtes expérimentations en contexte classique d’enseignement, l’une sur la propulsion par frottement solide et l’autre sur la statique des fluides. On soulignera dans les résultats l’activation, chez ceux qui apprennent, de raisonnements plus argumentés, où le niveau d’analyse proposé - mésoscopique – apparaît comme donnant prise à des explications en résonance avec la demande étudiante.