« Fabriquez des structures autoportantes qui permettent de soulever 10 kilos. » Une consigne qui a mis des élèves et des enseignants au travail. Récit jubilatoire.
L’idée de cet atelier nous est venue lors d’une discussion en salle des profs. Je suis prof de techno et avec un collègue de math et un autre de physique, nous voulions travailler en interdisciplinarité la loi de conservation de l’énergie. Nous trouvions intéressant de créer des outils pour illustrer cette loi. Nous avons donc décidé de fabriquer des engins de levage : des leviers, des palans et le principe des pignons sur une roue de vélo.
Il faut savoir que dans le cas du palan, si tu tires 10 fois plus longtemps, tu portes 10 fois moins de charge. Dans le cas du levier, si tu as un long bras de levier, tu peux porter beaucoup plus. Il y a une proportion. Si on retranscrit ces données chiffrées sur papier, ça forme une très belle ligne droite proportionnée qui n’est pas exponentielle. Si tu rajoutes un 1 mètre au bras de levier, tu peux porter X kilos en plus. Un des objectifs de cet atelier, c’était de réaliser un graphique qui illustrerait cette loi de conservation de l’énergie.
Les discussions pédagogiques qu’on a eues étaient passionnantes. Sur un coin de table, dans mon carnet, j’ai griffonné trois croquis des objets à réaliser. En deux heures, nous tenions le pitch de notre atelier.
En pratique
Nous étions trois adultes : Yannick, François et moi, mais pas présent ensemble à chaque cours, car nous ne disposions pas d’autant d’heures pour encadrer les douze élèves de 5e et 6e secondaire. Nous avons fait trois équipes mixtes et chacune a travaillé trois semaines sur la même machine dans un grand local qui a fait office d’atelier.
En guise d’introduction, j’ai distribué aux élèves quelques photos de ces machines et parlé de leur utilité. Des palans de bateaux qui montent les voiles, par exemple. J’avais apporté plein de sections de bois différentes, des morceaux de planches, des panneaux.
Dans le groupe qui s’occupait de la roue de vélo, j’ai dit : « Débrouillez-vous avec la visseuse pour mettre un mât droit qui tient seul et sur lequel on peut accrocher une roue de vélo à 1 mètre de haut minimum. Il faut que ça puisse porter 10 kilos, donc il ne faut pas de sections trop fines. »
On a vécu une semaine et demie très intensive de construction des objets avec des problèmes très techniques : comment je fais pour suspendre à 1 mètre de haut une poulie qui peut porter 10 kilos ? Il me faut une structure autoportante qui permette de démontrer un principe. Il faut assembler des panneaux : un à la verticale, puis un autre horizontalement. Celui à l’horizontale plie, il faut mettre un renfort à 45° parce que sans cela, il ne portera pas les 10 kilos demandés. Comment visser sans le bois derrière ? Toutes des considérations ultras palpables et visibles à prendre en compte.
On avait opté pour des machines de plusieurs mètres, de grosses structures qui nous ont permis de minimiser les erreurs. Plus les engins auraient été petits, plus il aurait fallu être précis, plus des erreurs seraient apparues. C’est par souci de facilité qu’on a choisi des proportions importantes.
Les élèves avaient une idée, ils savaient ce qu’ils voulaient faire, mais quand tu demandes à un des élèves de 5e secondaire d’accrocher une roue de vélo à 1 m 80 de haut pouvant supporter 10 kilos, ce n’est pas évident du tout. Avec ma formation, je vois la structure, de gros montants qui tiennent au sol avec un espèce de panneau plat et large de 80 par 80, un autre gros montant vissé par-dessous qui fait 2 de haut, avec une petite équerre à 45 qui relie les montants. Les élèves étaient, eux, assez désarçonnés.
Ensuite, il y a eu une semaine d’expérimentation au terme de laquelle les élèves devaient communiquer leurs résultats par la réalisation d’un graphique et par la réalisation d’une vidéo qui expliquait l’objet.
Les délais étaient courts. Premier après-midi, intro technique : « Ceci est une scie, ceci est une visseuse ! » Mardi, jeudi : construction. Le lundi suivant, les premiers réglages et beaucoup de problèmes ! Mardi, jeudi, on commence bon an mal an à tester, à relever les chiffres pour construire les représentations graphiques. Légères corrections le dernier lundi, préparation de la vidéo mardi et jeudi, fin de l’atelier avec visionnage de la vidéo et retour méta sur le travail mené.
La place de l’erreur
Les questions de la place de l’erreur et de l’approximation ont été très intéressantes durant toute la phase de relevé des mesures. Quand un objet frotte parce que la découpe n’est pas nette, il rajoute de la charge au poids mis et ça fausse les résultats. Donc l’imprécision influait assez fort sur les résultats. Une poulie qui est trop serrée, tu dois tirer beaucoup plus fort, alors ta mesure au dynamomètre est faussée, ce n’est plus seulement le poids de ton seau qui est pris en compte, mais également le frottement dans la poulie.
Il y avait aussi une marge entre le travail comme le groupe l’avait pensé et sa réalisation. Ça a été particulièrement vrai avec le bras de levier. Il y avait des petites encoches de 10 cm en 10 cm. Les élèves rajoutaient une petite poignée de sable dans le seau et devaient remettre le tout à l’équilibre. Je n’ai plus exactement les chiffres en tête, mais il fallait chercher l’équilibre et relever toutes les données qui amènent la balancelle à cet équilibre et les mettre dans un tableau à double d’entrée : distance — poids et voir une courbe se dessiner.
Avec la roue de vélo, c’était le principe des pignons. Si tu mets la chaine au petit pignon, tu tires, c’est très léger, mais le seau qui fait office de poids monte de très peu. Si tu es sur le petit pignon, 10 kilos sont très faciles à porter, mais il s’élève de très peu. Les élèves devaient chercher, par exemple, combien de mètres de corde il faut tirer pour faire monter le seau d’un mètre.
Lorsqu’on a commencé à prendre les mesures, ça a vraiment mis en lumière les problèmes techniques dans la construction pure : ce pignon qui frotte, tel bout de bois coupé beaucoup trop long, et il a fallu recommencer certaines pièces. Cette deuxième semaine a été plus tendue, mais l’ambiance est restée bonne. Douze élèves dans l’atelier de techno, debout car on avait retiré tous les bancs, avec de la musique et toutes les visseuses, les fils dans tous les sens. La porte est toujours ouverte, y a trois enseignants qui tournent nonstop, on écoute du rap de rue, tout le monde est hyper emballé d’être là, c’est certain. La première semaine en tout cas. Puis arrive la théorie et les problèmes, là on rigole moins.
Je me souviens de deux élèves, Arthus et Nour, c’était la première année de la création de l’école, ils nous ont dit, des années plus tard, que ça avait été un atelier majeur pour eux et je crois qu’ils ont super bien compris la loi de la conservation de l’énergie.
Des temps méta
À la fin de chaque après-midi, il y avait des temps de confrontation par rapport aux difficultés rencontrées, aux solutions trouvées, autour de l’erreur parce que tous les groupes y avaient été confrontés. François, le prof de physique était le plus au taquet. Quand tout est propre, aucune erreur, on obtient un beau graphique. C’est dans le cas d’une machine parfaite où tout est fluide, tout va bien, pas de grincement, pas de frottement : on obtient une droite vraiment impeccable. Mais lorsque tu as de grosses erreurs, un point qui est 3 unités plus bas, 3 unités plus loin, ça donne, sur papier, quelque chose de beaucoup plus denté. Alors c’était intéressant de se questionner pour chercher à quoi l’erreur était due. Autre exemple, les mesures différaient grandement selon le type de balance utilisée, l’une pesait à 100 g et une autre à 10 g près. Ça se voyait de manière flagrante dans les résultats.
Le fait de devoir filmer les engins, les explications de leur utilisation, les chiffres obtenus a créé du stress, car le temps était vraiment court, mais a rajouté aussi une dimension plus théorique.
« Les élèves avaient besoin de la techno pour apprendre autre chose. »
Cet atelier reste pour moi un souvenir mémorable. On était vraiment dans de la transdisciplinarité. Il y avait une vraie interconnexion entre nos matières. D’habitude, je suis dans la réalisation d’objets concrets : des gradins pour la cour, du mobilier pour la bibliothèque, une table de chevet… Ce sont des objets qui permettent d’exercer des compétences, qui produisent de la fierté, mais avec cet atelier ça a été différent, on a vécu le cours de sciences de manière palpable. Ici, les élèves avaient vraiment besoin de la techno pour apprendre autre chose, un réel point de matière. On avait vraiment besoin des outils pour comprendre ce point de programme.
