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lundi 25 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Axe 5 - Conceptions

Ressource 4: Les conceptions classiques sur les gaz

 

Assimilation gaz-air

Dans la vie quotidienne le mot gaz est utilisé pour désigner le gaz "de ville" (propane) ou le butane ou encore pour parler d'un rejet nocif dans l'atmosphère (gaz à effet de serre, pollution du fait des gaz rejetés…). Le mot air a lui un champ d'utilisation beaucoup plus large et sert dans la vie courante à désigner des gaz… autre que l'air ! Par exemple, les élèves ont tendance à penser que ce qui sort d'une bouteille de soda est de l'air, que pour gonfler un ballon à la bouche il faut y faire entre de l'air, que les bulles apparaissant dans de l'eau en ébullition sont de l'air… Tout ce passe comme jusqu'à un certain âge (qu peut être celui d'un élève au lycée), le mot air était utilisé pour désigner de façon générique les gaz...

Ainsi, pour beaucoup d'élèves, il y a confusion entre air et gaz, l'air apparaissant comme le représentant quasi-systématique des gaz. Une conséquence peut être qu'un gaz non identifié est assez rapidement assimilé à de l'air. Deux raisonnements classiques peuvent aussi intervenir en conséquence : les propriétés de l'air sont étendues à tous les gaz et l'air a les mêmes propriétés que tous les gaz.
Remarque : l'air est souvent féminin pour les élèves…

Matérialité et action du gaz

A partir de 10-11 ans (collège), les élèves ont conscience qu'un gaz est présent même dans un volume ouvert comme un bocal. Ceci est moins évident pour des élèves du primaire.

Cette matérialité lui donne la capacité d'agir sur d'autres objets mais comme dans d'autres circonstances (qui dépassent les situations où des gaz sont en jeu), cette action n'est reconnue que dans des situations de mouvement (les feuilles d'un arbre bougent du fait du déplacement de l'air) ou de perception direct (je sens le courant d'air).

Même pour des élèves de fin de lycée, le fait que l'air atmosphérique agisse est difficilement accepté (ou en tous les cas peu fonctionnel ?).

Par ailleurs, l'air enfermé dans une enceinte n'est que tardivement jugé comme agissant sur les parois (si on ne n'exerce pas d'action de déformation de l'enceinte ou si on n'effectue aucun chauffage).

Du point de vue des actions exercées de l'extérieur sur une enceinte fermée, l'action de l'air (par exemple dans une seringue) est jugée plus grande dans la direction de mouvement (sur le piston et sur l'extrémité bouchée dans le cas d'une seringue).
Notons enfin, pour le niveau lycée, la difficulté d'interprétation des actions en terme de différence de pression : le vide peut avoir en lui même la capacité d'aspirer ou de retenir, l'air enfermé dans une seringue n'agit sur le piston que si le piston comprime l'air…

Masse d'un gaz

Les gaz sont souvent vus sans masse, y compris pour une majorité d'élèves de début de collège. Ceci semble fortement évoluer au cours du collège mais peut rester vrai pour une partie des élèves de seconde.

L'air peut aussi être vu comme un moyen d'alléger les objets. Les situations de la vie quotidiennes (ballon d'hélium, dirigeable, mongolfière) et l'assimilation air-gaz peuvent évidemment être une origine possible pour cette représentation.

Variation de la quantité d'un gaz

Il y a une forte assimilation entre volume et quantité. Ainsi, lorsqu'on comprime un gaz (par diminution de volume par exemple dans une seringue), sa quantité diminue. Ce lien fort entre volume et quantité a évidemment un certain champ de validité dans la vie quotidienne (quand on gonfle un ballon de baudruche par exemple… et encore…) mais tout semble se passer comme si ce champ de validité était largement étendu à d'autres situations (en particulier celles où la pression varie aussi).

Mouvements de gaz

Pour beaucoup d'élèves, l'air chaud monte (le gaz agit plus facilement vers le haut et fuit les sources de chaleur)

Dès le début du collège, les enfants ont généralement abandonné l'idée d'un gaz qui n'occupe qu'une partie de l'espace disponible. Au collège, les élèves acceptent donc bien l'idée d'un expansibilité forte du gaz, jusqu'à se faufiler partout.

Cependant la répartition du gaz peut être jugée inhomogène selon les circonstances.

Utilisation d'un modèle particulaire

On peut distinguer de façon simplifiée différents modèles successifs spontanés de la matière (en générale, pas forcément à l'état gazeux) :

a. La matière est constituée de particules dans un milieu continu (les particules ne sont pas la matière, elles sont dans la matière)
b. Les particules sont la matière mais elles possèdent des propriétés macroscopiques
c. Les particules sont la matière et ses propriétés macroscopiques résultent des propriétés de l’ensemble des particules

Pour des élèves de début de lycée c'est surtout le point de vue b) que l'on risque de "rencontrer". Les propriétés macroscopiques sont en effet souvent attribuées aux particules : si le gaz est comprimé, les particules également ; si le gaz est chauffé, les particules grossissent ; un gaz coloré est composé de particules colorées…

 Ainsi, les élèves ont tendance à attribuer des propriétés aux particules à partir de propriétés macroscopique alors que le scientifique procède le plus souvent dans l'autre sens : il cherche à trouver des propriétés des particules qui interprètent celles de la matière macroscopique.

Le recours à un modèle particulaire pour interpréter des situations impliquant des gaz ne semble spontané que pour des élèves de fin de lycée, même si le recours à des représentations microscopiques a pu avoir lieu avant pour représenter les gaz (dessins).

Les particules d'un gaz sont longtemps considérées statiques : par exemple si un gaz est pompé, le reste des particules restent en place, ce qui peut sembler contradictoire avec un point de vue macroscopique coexistant selon lequel un gaz occupe tout le volume qui lui est offert.