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la lettre

Culture Science

Antipolis une publication de l’Université Nice Sophia

N°7 - Déc. 2013

unice.fr

Recherche et apprentissages, quelles relations?

Vincent Peillon a installé le Conseil supérieur des programmes (CSP), le jeudi 10 octobre 2013. Associé à la loi de refondation de l’École de la République, le CSP doit garantir la transparence et la qualité du processus d’élaboration des programmes scolaires. Or, il compte, parmi ses dix «personnalités qualifiées», plus de la moitié de professeurs des universités. Ce conseil invite ainsi à s’interroger sur les expertises possibles des chercheurs vis à vis du milieu éducatif. Avec le lancement des Ecoles Supérieures du Professorat et de l’Éducation (ESPE), le gouvernement a affiché l’ambition de développer des méthodes pédagogiques innovantes grâce, notamment, «à un lien permanent avec la recherche» (1). Or, comment, d’ores et déjà, les travaux scientifiques rencontrent-ils les apprentissages, la pédagogie, l’éducation au sens large? Les travaux de recherche sont-ils en mesure, par exemple, d’orienter les enseignants vers de «bonnes pratiques»? Isabelle Negro est administratrice provisoire de l’ESPE de l’Académie de Nice et chercheur, spécialiste du développement cognitif, en particulier de l’accès à l’écriture. Interrogée sur la capacité de la science à argumenter en faveur de la méthode de lecture syllabique ou globale, elle répond :«L’entrée dans l’écrit est multi factorielle. Elle dépend de l’accompagnement de la famille, des premières expériences, de la sensibilisation à la lecture en amont de l’école, de la compréhension de l’objectif». Dans son laboratoire, il n’existe pas de matériel d’imagerie pour «lire dans le cerveau», comme cela a pu devenir monnaie courante ailleurs. Ses études reposent sur des expérimentations réalisées en milieu scolaire, dans lesquelles les élèves doivent réaliser des tâches. D’ailleurs, Isabelle Negro prévient : «visualiser l’activation de zones cérébrales sur un écran ne signifie pas forcément qu’on puisse en déduire comment l’esprit fonctionne». «Il faut également se méfier des spécialisations à outrance, éviter de cloisonner les mécanismes d’identification des mots, l’écriture, la lecture etc.», estime-t-elle encore. Selon cette scientifique, les interactions entre ces phénomènes, comme les facteurs environnementaux, méritent tout autant l’attention des chercheurs.

Ainsi, lorsqu’elle initie un programme de recherche autour de l’orthographe, comme en ce moment, elle s’évertue à comprendre comment ce savoir se construit, au regard de son évolution. «Il ne suffit pas d’appliquer des règles. Il existe sans doute, par exemple, des mécanismes croisés avec ceux de la lecture, des jeux de renvoi entre l’implicite et l’explicite, entre ce qui relève de l’exposition à des stimuli et de la construction guidée», explique Isabelle Negro. L’objectif de son étude consiste ainsi à développer un test d’orthographe pour les enseignants, très facile d’utilisation et permettant d’identifier des «profils d’orthographieurs» avec des difficultés spécifiques.

Un champ de recherche supra-disciplinaire Mais, si la recherche en psychologie présente des ponts évidents avec les apprentissages, cela vaut également pour d’autres disciplines. L’ESPE s’est ainsi adossée un laboratoire de recherche en InterDidactique, Didactiques(2) des Disciplines et des Langues (I3DL). Existe également un Centre d’Analyse des Processus en Education et Formation (CAPEF). Ce groupement d’intérêt scientifique rassemble notamment des chercheurs de plusieurs laboratoires, sur les deux Universités de l’Académie: Nice Sophia Antipolis et Toulon. «Ils ont ici l’opportunité de valoriser une petite partie de leur activité de recherche, si elle concerne l’éducation ou les apprentissages», commente l’administratrice provisoire de l’ESPE. Pour répondre à un des axes majeurs de la réforme, les futurs enseignants bénéficient en outre, dans leur cursus, d’une «sensibilisation


à la recherche». «Il ne s’agit pas d’en faire des chercheurs à leur tour, mais de leur donner les ressources pour analyser, éventuellement aller chercher les informations, mettre en place les innovations pédagogiques, pourquoi pas évoluer dans leur carrière», remarque Catherine Blaya, professeur en sciences de l’éducation. Elle préside, à Nice, l’Observatoire International de la Violence à l’École (OIVE) et enseigne à l’ESPE. En sciences de l’éducation, la recherche investit de nombreux thèmes. «On s’intéresse à l’éducation formelle et informelle, en maternelle, au niveau de la famille et jusqu’à l’adulte», illustre Catherine Blaya. « Nous étudions l’éducation à diverses échelles politiques et géographiques. Nous nous préoccupons des agents des Rectorats, de ceux des établissements scolaires, de la violence à l’école, des rythmes scolaires, des innovations pédagogiques, de la relation enseignant-enseigné», énumère-t-elle encore. Spécialiste du décrochage scolaire, elle a travaillé, à partir d’un exemple anglais, sur les environnements favorables aux apprentissages.

Elle a ainsi pu montrer que des établissements modestes mais avec une culture de la connaissance, un souci du bien-être, une politique concertée d’établissement emmenaient davantage d’élèves vers la réussite scolaire, que ne le font certaines écoles dîtes sélectives. Mécanismes cognitifs, choix éducatifs, techniques pédagogiques, les relations entre l’Université et l’École couvrent donc de nombreuses dimensions, sans doute amenées à se renforcer. En 2012, le chercheur Stanislas Dehaene organisait ainsi un colloque «sciences cognitives et éducation». Les Maisons pour la science, nées la même année (3), proposent de «permettre aux enseignants d’interagir avec les acteurs du monde scientifique» tout au long de leur carrière. (1) http://www.enseignementsup-recherche.gouv.fr/cid72777/lancement-des-ecoles-superieuresprofessorat-education-espe.html (2) La façon de transmettre les connaissances (3) http://www.maisons-pour-la-science.org/

Le sens, premier jalon vers l’apprentissage Comment des signes et des sons deviennent-ils de «l’information»? Quelles formes prennent, dans nos cellules nerveuses, les mots, les nombres et les combinaisons de ces objets : les phrases et les opérations? Enfin, comment notre cerveau interprète-t-il ces éléments? Autrement dit, comment émerge du sens? S’intéresser à ces questions, c’est s’attaquer à une des toutes premières étapes vers la compréhension. Or, l’apprentissage, non au sens strict de rétention, mais d’acquisition, semble difficilement pouvoir se passer de sens. Ainsi, au sein du laboratoire Bases, Corpus, Langage (BCL), plusieurs chercheurs étudient les mécanismes de la cognition, c’est-à-dire l’ensemble des processus mentaux qui se rapportent à la fonction de connaissance. Ils s’intéressent, en particulier, à la façon dont les cellules nerveuses créent une trace, dans le cerveau, pour chaque objet (une image, un mot, un nombre). En effet, lors de tâches expérimentales, par exemple liées à la lecture, des neurones, situés à différentes distances les uns des autres, «s’allument» avec des intensités et des configurations variables. Ils crypteraient ainsi les objets sous la forme de combinaisons de cellules activées. Cela se manifeste, en imagerie cérébrale, sous forme de zones particulièrement «brillantes». Mais, les psychologues cognitivistes de la Maison des Sciences de l’Homme et de la Société, où

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Un labo, une thèse

À son arrivée à BCL, Brunissende Mercier ne voulait pas entendre parler d’autre chose que des nombres. Mais, «comprendre comment le cerveau se représente des calculs, même simples, c’est déjà très compliqué... Je me suis donc concentrée sur la façon dont il se représente les chiffres», expliquet-elle. Et pour commencer, il lui a fallu, tout au long de sa thèse, élaborer une base de données. Pour cela elle a «recruté» des adultes tout-venants, bénévoles, pas nécessairement de langue française. Elle a patiemment mesuré comment ils réagissaient, face à un ordinateur, à des résultats justes, faux, et plus ou moins écartés de la réalité. Les résultats ainsi collectés devraient servir, maintenant, à essayer de répondre à de nombreuses questions toujours sans réponse. Brunissende Mercier a suivi un Master recherche «neuropsychologie et psychologie du développement cognitif». Elle s’occupe de la section juniors de l’association Femmes & Sciences.

réside le laboratoire BCL, aimeraient s’enfoncer bien davantage dans la matière grise. Si le respect de la bio-éthique permettait ce niveau de précision, ils iraient volontiers voir ce qui se passe à l’échelle de chaque cellule et suivre le transit de l’information le long d’un réseau de neurones... Pour contourner la difficulté, Frédéric Lavigne, chercheur en psychologie, participe au développement d’un modèle de simulation dynamique le plus réaliste possible. « À partir de ce que nous savons de la physiologie du vrai neurone, notre équipe travaille sur une représentation mathématique, susceptible d’unifier le biologique et le cognitif», explique-t-il. En d’autres termes, le modèle informatique développé à la MSHS propose une hypothèse sur la façon dont les neurones se connectent entre eux, dans le temps et dans l’espace, à l’occasion d’une tâche, et avec quelle intensité. «Ce programme reproduit pour l’instant des phénomènes psycholinguistiques, comme des tâches de lecture de mots. Il donne des résultats conformes aux expérimentations humaines réalisées en temps réel», se réjouit le chercheur. « Il nous permet de dire, par exemple, que la lecture de chaque mot est conditionnée par ce qui le précède».

Perspectives Ces travaux, évidemment, ne présentent pas d’application directe pour le milieu éducatif. Néanmoins, le modèle développé à BCL montre des phénomènes potentiellement intéressants du point de vue pédagogique. Par exemple, «pour que les connaissances soient les plus denses et les plus complexes possibles, il ne faudrait pas chercher à transmettre que des choses simples et sur un temps trop court», indique le cognitiviste. Un autre résultat, toujours très théorique, concerne l’évaluation. «On juge actuellement des compétences, plutôt au regard de performances (par exemple avec les contrôles). Or, les modèles tendent à montrer que des savoir internes peuvent être en train de se créer sans que les effets soient tout de suite visibles. Il existerait ainsi un «seuil». En outre, pour reproduire une connaissance, il faut parfois déjà savoir que cela peut être récompensé...», explique Frédéric Lavigne. Forte de ses bons résultats, l’équipe travaille désormais sur un nouveau modèle, avec l’ambition de décrire comment l’étincelle se propage, dans le cerveau, selon le type de combinaison d’objets. Autrement dit, les chercheurs souhaitent modéliser les phénomènes induits à la lecture de vraies phrases, complètes, munies d’une structure syntaxique, ou à la réalisation d’un calcul mental. Actuellement, des modèles , dits connexionnistes, savent simuler des réponses «correctes», mais sans chercher à imiter la biologie du cerveau. «Nous avons donc bon espoir de faire mieux, avec un nouveau réseau bio-inspiré», confie le chercheur. Laurie CHIARA


Conférence grand public

La chasse aux exoplanètes AQUILA, lʼassociation dʼastronomie de lʼUniversité Nice Sophia Antipolis, propose depuis 2001 des séances dʼinitiation et dʼapprofondissement en astronomie et astrophysique et des conférences publiques gratuites. La rencontre du mois de novembre était dédiée aux exoplanètes. «Il y a des mondes à l’infini, soit qu’ils ressemblent à celui-ci ou non», écrit le philosophe grec Epicure, dans sa lettre à Hérodote. Quelques siècles plus tard, les scientifiques contemporains évaluent à une centaine de millions d’années, le temps nécessaire à la formation du système solaire. Mais la question persiste : « cela aurait-il pu se produire ailleurs?», interroge Cédric Jacob, fondateur de l’association AQUILA et docteur en Sciences de l’Univers. Il cite, pour mémoire, quelques hypothèses formulées avant notre époque. Par exemple, à la fin du 17e siècle, Christian Huygens, découvreur, notamment, du premier satellite de Saturne, imagine d’autres formes de vie dans un univers où chaque soleil correspond à un autre monde. Un siècle plus tôt, Giordano Bruno décrit un univers infini, dénué de centre, peuplé d’une quantité innombrable d’astres et de mondes identiques au nôtre. « Ainsi, des siècles durant, des savants se sont succédés à penser qu’il ne pouvait en être autrement... », résume Cédric Jacob. Aujourd’hui, s’il s’agit moins d’une certitude, le désir de poser l’oeil sur une planète habitée continue d’animer tous les amoureux du ciel. Et, la découverte, à partir de 1995, des exoplanètes, alimente cet espoir. Car, depuis la première, décelée à l’Observatoire de Haute Provence (OHP), un millier a été capturé, du moins en clichés. Cédric Jacob revient sur l’état des connaissances. Il reprend, en premier lieu, les caractéristiques indispensables pour postuler au titre d’exoplanète : «Être un corps rocheux vaguement sphérique et tourner autour d’une étoile». Or, détecter ces territoires présente des difficultés techniques. «Découvrir un petit corps, pas trop chaud et assez proche d’une grosse étoile revient à essayer d’observer un moucheron en orbite autour du phare de Nice, depuis Paris...», explique le docteur en sciences de l’Univers. En conséquence, les scientifiques ont mis au point des techniques de détection indirecte.

La liste très «select» de lʼhabitabilité La première consiste à observer le mouvement produit sur une étoile par sa planète. Cette petite variation de position intervient en « réflexe » à la rotation de la planète. Pour voir ce phénomène, il faut d’abord décomposer la lumière de l’étoile (c’est-à-dire étudier son spectre). En effet, la lumière blanche émise à la surface de l’étoile se trouve partiellement absorbée lorsqu’elle atteint une mince couche de gaz ou de poussière, au niveau de son enveloppe. L’atmosphère, plus froide que le lieu d’émission, contient des atomes et ceux-ci absorbent les grains de lumière afin de monter en énergie. «Les appareils des observatoires récupèrent ainsi une sorte de code barre, spécifique de l’étoile», commente Cedric Jacob. «Le spectre de la lumière, composé d’une succession de bandes de couleurs, allant du bleu au rouge, présente des raies noires», poursuitil. Ces raies « d’absorption » marquent la composition chimique de l’atmosphère de l’étoile cible. Car chaque atome a tendance à absorber la lumière à sa façon. C’est ce qui fait, par exemple, que nous attribuons

des couleurs aux objets placés dans une pièce. Maintenant, en présence d’une planète, un télescope bien placé va enregistrer un décalage des raies noires « vers le rouge » (donc vers la droite) si la trajectoire de l’étoile se décale dans le sens d’un éloignement ou vers le bleu (vers la gauche), pour un rapprochement. Toutefois, cet effet, appelé Dopler-Fizeau, permet de repérer surtout des objets massifs. Ceux-là dérangent davantage l’orbite de leur astre, mais ils ne sont pas de bons candidats à «l’habitabilité». Les corps avec une masse trop différente de celle de la Terre, trop éloignés ou trop proches de leur étoile, sans eau liquide à leur surface se trouvent en effet relégués «en dehors de la zone d’habitabilité». Néanmoins, grâce à d’autres techniques, comme l’astrométrie et la photométrie, l’observation progresse. «Désormais, nous parvenons presque à constater en vision directe la perte de lumière d’une étoile quand une planète passe devant. Et cela, pour des objets de la taille de la Terre, sur lesquels nous pouvons espérer détecter des formes de vie...», se réjouit Cedric Jacob. Il y aurait donc tout de même quelques candidates à l’habitabilité, «mais avec une masse encore plutôt au-dessus des 1 à 2 fois celle de la Terre», précise le chercheur. Lancé en 2009, le télescope spatial Kepler a pour mission de balayer notre galaxie, la Voie Lactée, à la recherche de petites planètes telluriques. «Sur sa moisson, 54 à ce jour se situeraient dans la zone habitable, mais cela reste évidemment à confirmer», précise le docteur en sciences de l’Univers, prudent. Son homologue Corot (pour COnvection, ROtation et Transits planétaires), quant à lui, a 32 exoplanètes à son actif. Laurie CHIARA

Pour en savoir + sur AQUILA : http://www.aquila.free.fr/


30 ans d’Inria Sophia Antipolis-Méditerranée

Regards rétrospectifs et pistes pour l’innovation L’AGENDA :

L’Informatique de A à Z Exposition jusqu’au 20.12.2013 interstices.info

Le Canard Déplumé Parution du mois de décembre du journal du BDE Bio http://www.bdebio.com/?cat=15

Science et Expériences Retrouvez les ateliers mobiles de l’UNS 6-17 Janvier 2014 Centre LAMAP Ecole des Remparts à Toulon : Maths+ Biologie. 13-17 Janvier 2014 Centre LAMAP de l’Ariane à Nice : Physique + Chimie. 20-31 Janvier 2014 : •Centre LAMAP Ecole Lucie Aubrac à La Seyne : Physique + Chimie + Biologie. •Centre LAMAP de l’Ariane et collège Maurice Jaubert à Nice : Maths. 3-21 Février 2014 : Centre LAMAP de l’Ariane à Nice : Biologie. science.experiences@unice.fr

Technobuzz Parution d’un nouveau numéro de la revue à trois dimensions, «culture science technique», éditée par l’association Anaïs et avec le soutien de l’UNS. Abonnement et anciens numéros : http://revel.unice.fr/alliage/

L’Institut national de recherche en informatique et en automatique (Inria) les a réunis pour revenir sur 30 ans d’activité. Paul Haren, Zhen Liu, Alain Bensoussan et Olivier Faugeras appartiennent à la famille des «ex» de l’Inria, ceux qui ont pris la tête d’équipes de recherche à un moment de leur carrière. Le 28 novembre dernier, ils ont remonté le temps, jusqu’à gommer le béton de la pinède sophipolitaine, pour ensuite le dérouler dans l’autre sens et s’interroger sur les enjeux scientifiques à relever, pour saisir en marche le train de l’innovation. Dans leurs présentations, il s’agit souvent de mathématiques, d’en inventer peut-être de nouvelles, de mettre des problèmes en équations, et de les appliquer à des enjeux de société. Mais il s’agit, aussi, de vision. Alain Bensoussan a vu émerger le risque et le chaos dans un monde économique déterministe. Spécialiste de la théorie du contrôle, il s’interroge sur la nécessité d’une révolution culturelle en économie, comme l’a été la mécanique quantique en physique. Zhen Liu, lui, est arrivé en France à la fin des années 80 pour y achever des études en sciences du numérique. Il intègre l’Inria, puis IBM et dirige dorénavant des recherches pour le groupe Nokia Chine. Selon lui, la distribution de l’information entame une nouvelle révolution. Après la miniaturisation et la démocratisation du matériel informatique, le développement des logiciels et des jeux, la diffusion d’Internet dans les foyers, la connectivité explose. «Le cloud, la circulation des données, les réseaux sociaux, la mobilité et les Big Data dessinent une quatrième vague de bouleversements dans les changements d’échelle informatiques», affirme le spécialiste. Puis vient le tour de Olivier Faugeras, le seul des invités toujours en activité à l’Inria. D’abord informaticien, puis mathématicien, il a lancé une passerelle entre l’Institut, le CNRS et le Laboratoire Jean Alexandre Dieudonné de l’UNS, avec la création de l’équipe NeuroMathComp. Spécialiste des mathématiques pour les neurosciences,

il s’attarde en particulier sur le programme européen Human Brain Project (HBP). «Simuler un cerveau humain sur une machine, voilà un projet de l’envergure de mettre un homme sur la Lune !», admet-il. Et, selon lui, pour que «ça marche», il faudra impérativement développer les mathématiques théoriques dans le projet. Il se réjouit, dans cette perspective, de l’implantation d’un Institut européen des neurosciences à Paris (l’Institut de la vision). Mais il espère encore «un institut en résonance, ici, à Sophia». Car, si la demande sociétale paraît indéniable, avec de nombreuses applications potentielles sur la santé, Olivier Faugeras met en garde contre un « sur-marketing » et des déceptions à venir. « Nous sommes encore très loin d’avoir résolu le mystère du cerveau », prévient-il. Avant d’ajouter : « Il y a peut-être des mathématiques nouvelles à inventer, par exemple la neuroscience statistique, pour espérer décrire des propriétés émergentes à partir d’architectures neuronales réduites...». «Il faudra quoi qu’il en soit un saut scientifique, pour résoudre le « problème » du cerveau», assure-t-il. Pierre Haren estime, enfin, que l’Inria doit «continuer à aller chercher une partie des financements à l’extérieur, limiter la taille des projets afin de forcer la coopération externe, entretenir la présence de mentors». Le fondateur de la société Ilog (1) décrit l’essence de l’innovation comme étant la rencontre entre un chercheur, «quelqu’un d’obstiné avec des outils», et un problème. Et dans 30 ans, il imagine volontiers une bataille des plate-formes numériques. « Car elles se développent aujourd’hui dans l’enseignement, avec le MOOCs, mais elles gagneront inévitablement les projets de recherche », prévoit-il. (1) ILOG fournit à ses clients des logiciels et services pour leur permettre de prendre des décisions et de gérer le changement et la complexité de leur environnement.

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La lettre Culture Science N7