Enseigner la méthode scientifique par la pratique expérimentale

Former par la recherche : cette démarche innovante portée, entre autres, par la communauté enseignante et scientifique de l’UFR de Physique, porte ses fruits avec la publication en 2021 de deux articles scientifiques signés par des étudiantes et étudiants d’Université Paris Cité.

Étudiant.e.s d’Université Paris Cité lors du French Physicists’ Tournament en février 2020.

En février 2020, juste avant que la pandémie ne bouleverse tout, une poignée d’étudiantes et étudiants en physique d’Université Paris Cité a participé au French Physicists’ Tournament (FPT, ou Tournoi français des physiciens), une rencontre annuelle organisée par la Commission Jeunes de la Société Française de Physique. L’événement leur permet de se rencontrer et d’échanger au travers de joutes oratoires sur des problèmes de physique posés en amont par l’organisation.

À Université Paris Cité, la préparation de ce tournoi – portée par les physiciens Michael Berhanu, Hugo Roussille et Adrian Daerr – s’inscrit dans un cadre plus large visant à enseigner la méthode scientifique par la pratique de la recherche expérimentale. Adrian Daerr, également responsable de l’équipe FPT d’Université Paris Cité, précise la démarche : « Toutes les étudiantes et étudiants en L3 et M1 qui le souhaitent peuvent participer à la préparation du tournoi – plus d’une vingtaine participe chaque année. On s’appuie sur notre enseignement phare « Projet de physique expérimentale » dont Bruno Andreotti est actuellement responsable, et dans lequel ils et elles peuvent choisir d’étudier en binôme l’un des onze problèmes du FPT. En janvier six d’entre eux synthétisent tous les résultats et participent au tournoi début février. C’est aussi une belle expérience collaborative ! Il arrive que leurs résultats soient si intéressants qu’on les aide à publier dans des revues scientifiques. C’est ce qui est arrivé en 2020. »

Une expérience enrichissante

Parmi les participants et participantes, Andrea Feasson donne aujourd’hui son ressenti sur cette expérience unique : « L’atmosphère du tournoi est assez particulière, c’est un mélange de compétition et de passion pour la physique. Il est très gratifiant de pouvoir présenter ses recherches, de recevoir des critiques constructives sur son travail et de constater qu’il suscite de l’intérêt », avant de préciser que « l’apprentissage par la pratique est très instructif et donne aussi un petit aperçu de ce que peut être la vie d’un ou d’une chercheure ».

Sa collègue Sofia El Rhandour Essmaili, l’une des cinq étudiantes ayant publié, abonde pour saluer la pertinence de ce projet scientifique et pédagogique : « Je n’ai pas eu l’occasion de me rendre au tournoi, en revanche j’étais présente lors des réunions préparatoires du FPT qui représentent une véritable formation à la recherche. Ces réunions nous ont permis de travailler en équipe sur des sujets variés, d’analyser un problème et de proposer un modèle expérimental, ou encore de rencontrer des chercheurs puis par la suite d’évoluer dans un contexte international ».

Leurs contributions viennent d’aboutir à la publication de deux articles scientifiques dans les revues Emergent Scientist et Comptes Rendus de l’Académie des sciences – Mécanique.

Nuages et canons à eau

Andrea Feasson, qui a réalisé ses recherches avec Ayah Taihi et Baptiste Corrège, esquisse les grandes lignes de leur étude : « Notre recherche portait sur l’étude des nuages qui se forment au-dessus de l’azote liquide qui s’évapore. Dans notre article nous essayons de comprendre comment est composé le nuage, quels mécanismes sont impliqués dans la formation des gouttes, ou encore comment les frontières du nuage se forment. Nous avons construit un système dans lequel nous pouvions faire varier l’humidité de l’air et maintenir un gradient de température linéaire. Un autre dispositif nous a permis de déterminer les caractéristiques pression/température du sommet du nuage. Nous avons aussi mesuré l’épaisseur du nuage dans le temps en fonction de l’humidité de l’air ».

Le second problème ayant donné lieu à une publication porte sur l’étude d’un canon à eau. Sofia El Rhandour Essmaili résume ainsi le contenu de cette recherche réalisée avec Guillaume Pérignon-Hubert : « Nous avons étudié la dynamique de chute d’un gobelet d’eau contenant une balle de ping-pong ainsi que son impact au niveau énergétique et mécanique. On a bénéficié d’un dispositif expérimental innovant nous permettant d’être précis dans nos mesures ». Les résultats complets sont à consulter en ligne.

Adrian Daerr en profite pour saluer la mémoire d’Yves Couder, physicien à Université Paris Cité et membre de l’Académie des Sciences, décédé en 2019, qui a beaucoup œuvré au développement d’un enseignement de physique expérimentale par projets. « On lui doit beaucoup, note Adrian Daerr. C’est aussi grâce à lui que l’on s’inscrit dans cette approche innovante de la formation par la recherche ».