Un amalgame linguistique … confusion sur les effets de la vaccination ?

Dufour, C. (2020) cite Lecomte, M.-C. (2017) et dit joliment : "Le langage est ce qui invente le réel". Une seule définition du terme vaccin ? Le dictionnaire Trésor de la Langue Française indique par exemple pour le terme Vaccin : " Substance […] qui, inoculée à un être vivant, l'immunise […]. Par métonymie : Inoculation de cette substance immunisante. Synon. vaccination." Les linguistes parlent de terme polysémique.

Une confusion de termes … et des effets de la vaccination ?

Différents vaccins sont annoncés contre le COVID-19 et des hésitations font surface alimentant l'inquiétude. 

Le choix des termes n'est jamais anodin. Alors que les spécialistes utilisent sans problème un même terme avec des sens différents dans un contexte différent, pour les autres il peut en résulter des confusions parfois graves.

La confusion entre I) substance vaccin, II) processus de vaccination, et III) effets durables de ce processus pourrait bien expliquer une partie des hésitations à propos des vaccins et sans doute des difficultés des élèves lors d'évaluations,...
Jump-To-Science n'abordera pas les aspects médicaux mais explore ici 4 exemples de confusions et leurs implications éducatives.
Il ne se veut prescriptif, mais ancré dans la recherche en biologie publiée Nature, Science, etc. il s'adresse à un public d'enseignants de Sciences expérimentale, pour aider leurs  élèves à comprendre, pour mieux décider.

Tentative de clarification

Le terme "vaccin" peut s'appliquer à trois concepts très différents : 

• I) La substance inoculée pour stimuler le système immunitaire :
  P.ex. "La médecin m'a fait le vaccin". 
  Cette formulation suggère que la médecin n'a pas seulement effectué un geste médical mais aussi son effet attendu : le processus qui vise à protéger durablement.
  On éviterait la confusion si on parlait ici d'inoculer la substance-vaccin.
  
  
• II) Le processus de vaccination déclenché par cette inoculation.
  Un processus déclenché par la substance-vaccin, stimulant un ensemble de cellules immunitaires (le même processus que l'immunisation en cas d'infection) sélectionnant finalement des lymphocytes B (plasmocytes) et des cellules B mémoire spécifiques.
  Cf. Fig. 1 en bas "immune response" pour les grandes lignes de ce processus qui peut être résumés à un effet crucial : des cellules mémoire spécifiques.
  P.ex : "le vaccin xxxx est-il efficace ?" peut focaliser sur la substance et ignore les différences entre les individus et les réactions variées de leur système immunitaire.
  On éviterait la confusion si on parlait ici du processus de vaccination - déclenché par la substance-vaccin de marque xxx.
  
  
• III) Les effets durables  résultant de ce processus. 
  Les cellules B mémoire spécifiques se multiplient durablement (des années voire des décennies) et leur présence matérialise l'effet durable de la vaccination :  ces cellules sont très rapidement susceptibles d'activer la production de grandes quantités d'anticorps spécifiques.  Cf. Fig. 3.
  P.ex : "le vaccin XXX  durera-t-il longtemps ?". On éviterait la confusion si on parlait ici de la présence de cellules B mémoire spécifique durablement efficaces.  Dans le monde médical on parle volontiers d'immunisation vaccinale
  En ces termes cela pose bien la question de la durée et de l'efficacité de ces cellules mémoire spécifiques contre une souche V du virus lorsque émerge une souche différente V'. La nuance est importante justement parce que V' diffère de V contre lequel ces cellules mémoire sont réactives.
  

Quelques malentendus qu'on pourrait éviter ?

Jump-To-Science explore quelques malentendus qui ont été observés dans des classes lors de l'enseignement des mécanismes de l'immunité.

Confusion 1 : La substance vaccin reste longtemps dans le corps 

De nombreux élèves - et sans doute de citoyens (ainsi que bien des journalistes il semble …) semblent penser que la substance qui est inoculée lors de la vaccination resterait durant des années dans le corps.

Alors que la substance-vaccin ne reste que brièvement dans le corps, le processus de vaccination dure une petite semaine, une fois le processus de vaccination terminé les cellules B mémoire spécifique peuvent se multiplier durant des années et assurer une immunisation vaccinale durable. cf Janeway

Si l'on craint certains composants de la substance-vaccin . Cela pourrait expliquer une crainte justifiée qui n'a plus d'objet une fois qu'on a distingué les sens I et III du mot vaccin. Des élèves semblaient penser que le BCG vivait des années dans notre corps, ou que les adjuvants restaient toute la durée de l'effet de  vaccination (moins d'une semaine pour le thiomersal selon l'OMS…) 

Confusion 2 : les réactions cutanées voire de fièvre lors d'un vaccin sont des effets secondaires ?

Lors de la vaccination contre la grippe, on m'a averti des effets secondaires possibles : une rougeur, une inflammation au niveau de l'injection, peut-être des douleurs articulaires, de la fatigue et un peu de fièvre. 

 
Fig 2: Réaction cutanée au site de vaccination. [img]. Source : Works/Alamy Stock Photo  in Wadman, M. (2020)

Faut-il vraiment parler d'effets secondaires ? Si la substance-vaccin (I) déclenche le processus de vaccination (II) - c'est-à-dire le même processus que l'immunisation contre un pathogène cf. Fig. 3. et Fig. 1 "immune response" - il parait normal que des symptômes similaires apparaissent. Je n'ai senti qu'une sensibilité et une petite rougeur.
Si l'on imagine que ces effets résultent de la substance-vaccin (l'aluminium d'un adjuvant aurait cet effet,…) cela pourrait expliquer une méfiance justifiée qui n'a plus d'objet une fois qu'on a distingué les sens I et II du mot vaccin : compris que le processus de vaccination étant le même que celui de la lutte contre un pathogène peut produire des effets similaires. Ce qui ne veut pas dire qu'ils sont agréables ou anodins, ni les mêmes pour chacun.

Au cours des tests cliniques d'un futur vaccin, le dosage doit être optimisé : il faut que la substance-vaccin soit i) suffisamment stimulante pour déclencher la double activation des lymphocytes B et T4 qui conduit à la différenciation des Lymphocytes B en plasmocytes (plasma cells) et cellules B mémoire Cf. Fig. 1. mais ii) que les effets secondaires soient supportables.
encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

C'est un compromis entre bénéfices attendus et risques qui  est intrinsèque à toute action médicale, médicamenteuse ou autre. Comme le système immunitaire de chaque personne diffère un peu, cet optimum est difficile à trouver pour chaque vaccin.

Réactogénocité et communication à la population : distinguer les sens de "vaccin" peut-il clarifier ?

Ce subtil équilibre d'une substance-vaccin assez efficace pour assurer que le processus vaccin se fasse chez tous mais qu'il soit supportable a une dimension pharmacologique sur laquelle JTS est incompétent, mais il a des implications en termes de communication - aux élèves par exemple.  Alors que certains plaident pour minimiser ces effets " pour ne pas inquiéter les gens" et afin de ne pas les dissuader de se faire vacciner,  d'autres pense que la question de ces réactions plus ou moins fortes au processus de  vaccination doit être abordée avec transparence et que la compréhension des mécanismes en jeu est importante. 

Un exemple de réactogénicité et ses implications en terme de communication

Wadman, M. (2020) (ici) discute les implications à travers l'exemple du vaccin de Pfizer où justement ce dosage aurait produit des effets pénibles pour environ 2% des personnes. Ces réactions fortes sont appelées réactogénicité.
Il mentionne un exemple dans les tests cliniques où la réaction d'une personne a été très forte - bien plus forte qu'elle ne s'y attendait.

Luke Hutchison, un bioinformaticien du MIT, s'est porté volontaire pour un essai du vaccin COVID-19 de Moderna. Après avoir reçu la deuxième injection, son bras a immédiatement enflé jusqu'à la taille d'un «œuf d'oie», dit Hutchison. Il ne peut pas être sûr d'avoir reçu le vaccin et non un placebo, mais en quelques heures, cet homme en bonne santé, alors âgé de 43 ans, a ressentif des douleurs articulaires et musculaires et une fièvre de 38,9 ° […] Les symptômes de Hutchison ont disparu après 12 heures. Mais, dit-il, «Personne ne m'a préparé à la gravité de cela.»" Wadman, M. (2020) Notre traduction 

Dans les ajustements durant les tests (on sait qu'ils se déroulent en accéléré vu la pression énorme pour que ce vaccin soit disponible au plus vite,… Cf. Schéma ci-contre (Source BBC). ),  le dosage a été revu à la baisse, mais Wadman, M. (2020) met en garde contre une communication qui minimiserait ces effets de réactogénicité

«Il s'agit d'une réactogénicité plus élevée que celle qui est habituellement observée avec la plupart des vaccins contre la grippe, même les vaccins à forte dose», explique Arnold Monto, épidémiologiste à la University of Michigan School of Public Health.

Les agents de santé publique de première ligne devraient préparer une communcation claire, déclare Bernice Hausman, spécialiste de la controverse sur les vaccins au Pennsylvania State University College of Medicine. «Les professionnels de la santé publique devront avoir une explication qui sortira avant [des histoires comme celle de Hutchison] . Il faut qu'elle réponde à la façon dont des gens vont essayer de faire de cette histoire une histoire de blessures dues aux vaccins.

Plus loin Wadman, M. (2020) cite Drew Weissman, immunologue à l'Université de Pennsylvanie dont les travaux ont contribué aux deux vaccins: «Les entreprises doivent simplement avertir les gens:« Voici ce à quoi vous devez vous attendre. Prenez du Dafalgan et  attendez une journée. que ça passe "
[…]
La transparence est essentielle, souligne Hausman. Plutôt que de minimiser le risque de fièvre, par exemple, lorsqu'on inocule le vaccin, on pourrait avertir les gens qu'ils peuvent avoir une fièvre qui peut être sévère mais qui est temporaire. «Cela contribuerait grandement à ce que les gens aient l'impression qu'on leur dit la vérité.» Wadman, M. (2020) Traduction.

encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Si l'on imagine que ces effets résultent de la substance-vaccin (la même pour tous) on n'imagine pas facilement que le processus de vaccination, comme la réaction à n'importe quelle maladie peut produire des effets très différents selon les personnes. On peut donc être très inquiet. Et la plupart des médias risquent de présenter ces effets en les focalisant sur la substance-vaccin…
D'autant plus que  l'angoisse est un amplificateur de diffusion sur les réseaux sociaux (Vosoughi et al., 2018), on peut s'attendre à  ce que ce type d'information soit re-tweetée abondamment.

NB Jump-To-Science ne cherche pas à minimiser les effets que M.  Hutchison a subis, mais comme Wadman, M. (2020) le discute de telle situations se produiront et sont inévitables pour certaines personnes, JTS veut aider comprendre leur impact et leurs causes afin que les enseignants puissent choisir comment communiquer pour que les élèves puissent comprendre et décider en connaissance de cause. C'est la mission que le Plan d'études Romand leur confie (CIIP, 2011).

Confusion 3 Les anticorps baissent : n'est-on plus protégé ?

Les médias rapportent souvent que chez des personnes qui ont eu le COVID, les anticorps (Ac) trouvés ont baissé après quelques semaines ou mois et s'en inquiètent.   Il pourrait bien en être de même pour la vaccination. Si l'on distingue les sens I, II et III du mot vaccin il devient plus facile de comprendre que le processus de vaccination (II) déclenche des effets similaires.

Un schéma fig. 3 tiré de l'excellent Janeway (2012) Librement accessible montre l'évolution typique des concentrations d'anticorps contre un antigène A après une infection ou un vaccin.

Figure 3 : L'inoculation de la substance-vaccin a lieu le jour 0, le processus de vaccination dure 5-6 jours, les anticorps baissent après environ 3 semaines  et l'immunisation (Cellules B mémoire spécifiques), dure des années . [img] Modifié d'après Figure 1.20 Janeway , et al 2001 On-line

En effet si on imagine que la substance vaccin A produit des anticorps, leur baisse pourrait bien faire penser que la vaccination n'est plus efficace. 
On sera moins inquiet si on a compris que le processus-vaccin peut être résumés à la présence de cellules mémoire spécifiques, très rapidement capables d'activer la production de grandes quantités d'anticorps spécifiques (effet durable de la vaccination III) cf figure 3.  Une baisse des Ac une fois le processus de vaccination achevé pourrait donc être normale. Notez bien dans la figure 3 que les Ac sont tout de même  10-100x plus abondants après(échelle logarithmique). Repris de JTS 26 août 2020 ici
En effet (Dan, J. M. et al., 2020) montrent que les anticorps contre SARS-CoV2 baissent mais que la mémoire immunologique dure plus que 6 mois. Il est évidemment trop tôt pour connaitre l'immunité à 2  ans ! 

Pour les plus pointus on peut noter que cette focalisation sur les Ac ignore l'immunité cellulaire (Cf. Fig. 1.: Cytotoxic T cells)
De plus lors d'un nouveau contact avec le pathogène, lors de la réponse secondaire les cellules mémoires varient (hypermutation) l'Ac qu'elle produisent et celles qui s'adaptent mieux aux épitopes du virus sont sélectionnées. cf Janeway, Fig 10.25 

Confusion 4 : Le vaccin contre la grippe n'est efficace qu'une saison, et celui contre SARS-CoV2  ?

Le vaccin contre la grippe ne serait efficace qu'une saison ?
La  confusion entre III) Les effets durable résultant de ce processus et I) la substance vaccin.

L'efficacité des cellules mémoire spécifiques contre une souche 2019-20 du virus de la grippe est probablement durable, mais lorsqu'à l'hiver 20-21 émerge parmi toutes les mutations du virus une souche différente, elle peut être sélectionnée, justement parce qu'elle diffère de celle de 19-20 contre laquelle les cellules mémoire de gens vaccinés ou guéris font barrière.

Discuter en termes de cellules mémoires (résultant du processus de vaccination contre 19-20) permet de mieux comprendre qu'il faut se vacciner contre la grippe 2020-21 alors qu'on a déjà été vacciné contre une autre … celle de 2019-20.

Savoir si il en sera de même pour SARS-CoV2 est une question à plusieurs milliards d'€ ou $. Les premiers indices sont encourageants : Cf. Ledford, H.(2020) What the immune response to the coronavirus says about the prospects for a vaccine  ici

Compléments : Les types de vaccins et leur mécanismes

Callaway, E. (2020) dans Nature a proposé un excellent graphical guide. ici. Il y développe d'abord la réaction naturelle du corps contre un pathogène : la stimulation du système immunitaire cf Fig. 1. et y rapporte les grand principe du processus de vaccination.  Puis il décrit comment diverses substance-vaccin déclenchent ce même processus. 

Comment des fragments d'ARN, d'ADN ou des virus inactivés  peuvent vacciner ? 

Callaway, E. (2020)  décrit les 8 types de substance-vaccin (cf fig. 4) pouvant déclencher ce processus de vaccination et montre comment ils déclenchent ce processus de vaccination, Cf. fig. 5.

Fig 4: Les 8 types de substance-vaccin susceptibles de déclencher le processus de vaccination [img]. Source :Callaway, E. (2020)

     

Fig 5 : Les différentes manières de stimuler les défenses naturelles du système immunitaire pour vacciner [img]. Source :Callaway, E. (2020)

Et l'immunité cellulaire ?

Nos élèves d'OS savent que des  Lymphocytes T (Janeway, 2011) sont aussi sélectionnés et activés par les fragments de pathogènes (épitopes) et détruisent souvent les cellules infectés par des virus (ou cancéreuses).

De plus, l'immunité ne repose pas entièrement sur les anticorps. Les cellules T pourraient être capables de reconnaître les cellules infectées par le virus et de les détruire, limitant ainsi la propagation du virus dans l'organisme. Comme les lymphocytes B à mémoire, les lymphocytes T sont plus compliqués à mesurer que les anticorps, mais des études jusqu'à présent suggèrent qu'ils interviennent lors d'une infection par le SRAS-CoV-2. Une étude récente a enquêté sur les réponses immunitaires de 36 personnes en convalescence du COVID-19 et a trouvé des cellules T qui reconnaissent le coronavirus dans chacune d'entre elles. «Cela ressemble à un virus très stimulant pour les cellules T», déclare l'immunologue Danny Altmann de l'Imperial College de Londres. «La plupart des gens ont de très bonnes réponses des lymphocytes T.» Ledford, H. (2020) Notre traduction
encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

D'où vient cette idée que les vaccins pourraient causer l'autisme - comprendre l'infox ?

Qui n'a pas entendu parler de cette étude qui aurait montré un lien entre vaccin et autisme ?

Il vaut la peine de vérifier comment un chercheur malhonnête, une publication qui a été démontrée comme basées sur des données falsifiées est encore citée abondamment contre les vaccins...
Pour argumenter avec les élèves perplexes et de bonne foi, il est probablement utile de remonter à la source de cette infox (une info-intox traduction de fake news ) afin de pouvoir baser la discussion sur des faits précis.

• L'infox qui a fabriqué la peur des vaccins, - Jump-To-Science, mai 2019

La vaccination : un geste solidaire, un dépassement de ses peurs profondes ?

Jump-To-Science (alors nommé Bio-Tremplins) ici, rapportait en 2009 les propos de la professeure Claire-Anne Siegrist au CMU à Genève :  «Nous avons tendance à oublier à quel point nous sommes interdépendants. Nous oublions que sont les autres qui nous contaminent, et les autres que nous infectons à notre tour – sans le savoir, sans le vouloir... Et ces autres, ce n'est pas n'importe qui dont le sort nous importe peu, mais notre famille, nos amis, nos collègues, nos élèves !» Siegrist, C.-A. (2009). 

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(Les membres Jump-To-Science peuvent obtenir ces articles…).

Références:

• Callaway, E. (2020). COVID vaccine excitement builds as Moderna reports third positive result. Nature, 587(7834), 337‑338. https://doi.org/10.1038/d41586-020-03248-7
• Callaway, E. (2020). The race for coronavirus vaccines : A graphical guide. Nature, 580(7805), 576‑577. https://doi.org/10.1038/d41586-020-01221-y 
  
• CIIP, (2011). Plan d'études Romand. Romandie, Suisse: Conférence intercantonale de l'instruction publique de la Suisse Romande et du Tessin.ici
• Dan, J. M., Mateus, J., Kato, Y., Hastie, K. M., Faliti, C. E., Ramirez, S. I., Frazier, A., Yu, E. D., Grifoni, A., Rawlings, S. A., Peters, B., Krammer, F., Simon, V., Saphire, E. O., Smith, D. M., Weiskopf, D., Sette, A., & Crotty, S. (2020). Immunological memory to SARS-CoV-2 assessed for greater than six months after infection. BioRxiv, 2020.11.15.383323. https://doi.org/10.1101/2020.11.15.383323
  
• Dufour, C. (2020). Au bal des absents. Editions du Seuil.
  
• Janeway CA, Travers P, Walport M, et al. (2012) Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition.  New York: Garland Science; 2001. On-line librement accessible
• Lecomte, M.-C. (2017). Injures, jurons et blasphèmes : Des performatifs bien ancrés dans le réel. In T. Dutoit & T. Harris (Éds.), Ré-inventer le réel (p. 179‑189). Presses universitaires François-Rabelais. http://books.openedition.org/pufr/4136
  
• Ledford, H. (2020). What the immune response to the coronavirus says about the prospects for a vaccine. Nature. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02400-7
  
• Lombard, F. (2019, mai). L'infox qui a fabriqué la peur des vaccins. Jump-To-Science. Mai 2019 ISSN 2673-642X
• Lombard, F. (2020, aout) Recherche scientifique COVID-19 : dépasser la pensée simple pour aider les élèves à comprendre un monde qui ne l'est pas. Jump-To-Science. Mai 2019 ISSN 2673-642X
• Vosoughi, S., Roy, D., & Aral, S. (2018). The spread of true and false news online. Science, 359(6380), 1146‑1151. https://doi.org/10.1126/science.aap9559
  
• Wadman, M. (2020, novembre 18). Fever, aches from Pfizer, Moderna jabs aren't dangerous but may be intense for some. Science | AAAS. https://www.sciencemag.org/news/2020/11/fever-aches-pfizer-moderna-jabs-aren-t-dangerous-may-be-intense-some
• WHO | Statement on thiomersal. (s. d.). WHO; World Health Organization. Consulté 1 décembre 2020, à l'adresse https://www.who.int/vaccine_safety/committee/topics/thiomersal/statement_jul2006/en/
  
  

Le théâtre des expériences au MHN et Tic tac tectonique Espace des inventions / Rouverts au public !

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Le théâtre des expériences rouvre ...dans son écrin magnifique au bord du lac, Genève

Le Musée d'histoire des sciences ouvre à nouveau ses portes  samedi 28 novembre à 10h

Le théâtre des expériences

Enseigner la physique par la démonstration et l'expérience

Du 27 novembre 2019 au 21 février 2021

Enseigner la physique par la démonstration et l'expérience
Tel était le parti du savant genevois Marc-Auguste Pictet (1752-1825) pour ses cours dispensés pendant 40 ans aux étudiants de l'Académie, mais aussi à ses contemporains, dans ses cours publics ouverts également aux dames.

À cette fin, il a crée un important cabinet d'instruments de démonstration, achetés chez les meilleurs fabricants européens, qui devient l'une des collections fondatrice du Musée académique et, bien des années plus tard, du Musée d'histoire des sciences.

L'exposition met cet exceptionnel ensemble d'objets au cœur de sa présentation, accompagnés de répliques et de dispositifs interactifs pour que chacun-e puisse tester et comprendre les phénomènes, pour des temps d'émerveillement et d'éveil des curiosités.

Une brochure-catalogue "Pictet et le théâtre des expériences" est disponible à l'accueil ou à télécharger ici.
English texts of the exhibition

Pour accompagner l'exposition:

Des présentations d'expériences, pour les groupes et les classes
(sur réservation uniquement auprès de maha.zein@ville-ge.ch)

- Électricité: une histoire de l'électricité, de l'électricité statique à l'électro-aimant en passant par la pile de Volta
- Pression et vide: comment fonctionne un baromètre et la ventouse qui permet de déboucher l'évier? Une série de manipulations pour comprendre la pression atmosphérique et la notion de vide.
- Mouvement: les premières expériences sur la chute des corps et les débuts de la gravité.
- Lumière: petite histoire de la lumière à travers les âges jusqu'à l'ancêtre de l'appareil photo.
- Son: une série d'expériences pour voir le son et mieux comprendre ce phénomène.

• Plus d'information sur les visites et ateliers proposés au Musée d'histoire des sciences
• Des mercredis des sciences, en lien avec les sujets de l'exposition durant plusieurs sessions en hiver, printemps et automne 2020.
• Des conférences en lien avec les différentes activités de Marc-Auguste Pictet, avec leur pendant contemporain.

Musée d'histoire des sciences,  Parc de la Perle du Lac, 128, rue de Lausanne
Le Musée sera ouvert selon les horaires habituels (tous les jours sauf le mardi, de 10h à 17h), sauf le 25 décembre et le 1er janvier.

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Espace des inventions Tic tac tectonique Vallée de la Jeunesse, Lausanne

Réouverture le 2 décembre :

Tic tac tectonique

Suivez une faille imaginaire pour démêler les secrets des tremblements de terre...

Une directrice scientifique, mais créative et pétillante :

Savourez l'humour de sa directrice Emmanuelle Giacometti Les dicodeurs sur la RTS 

Comme quoi une formation scientifique (EPFL) ne s'adresse pas qu'à des geek à l'esprit carré et plongés dans leur ordinateur !

Un exemple qui peut inciter certain.e.s élèves oser se lancer ? 

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Le rhinograde qui marche sur son nez : Vrai ou faux ? les musées vous offrent un peu de sourire dans cette grisaille ... et concours !

Démêler le vrai du faux… cette fois pour rire avec les élèves !

Alors que la question des fake news, des complotistes et de la manipulation de l'information sur les réseaux sociaux pose des questions délicates à l'enseignement des sciences, Jump-To-Science a choisi de vous présenter des histoires qui feront sourire comme le Rhinograde :-)

Ces histoires ont sans doute de belles applications en classe pour discuter de la manière dont on établit les savoirs en sciences. Et avec l'approche des fêtes, il arrive qu'on cherche des approches plus légères pour aborder ces questions. Alors que nos ouvrages et nos cours présentes souvent les savoirs comme définitifs et simplement vrais, … il peut être intéressant de discuter sur la base de quoi on rejette ou accepte ces histoires : la manière scientifique de valider les savoirs ... notamment sur la base de quelles données, quelles méthodes d'analyse…et discuter comment la science fonctionne. Chacun saura adapter selon le type d'élèves et ses pédagogies, bien sûr !  

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Journée Nationale des Collections d'Histoire Naturelle 2020

La Journée annuelle des Collections d'Histoire Naturelle se déroule le 22 Novembre dans plus de 20 Musée et jardins botaniques de Suisse. Malheureusement, la situation sanitaire pousse de nombreuses institutions à laisser leurs portes fermées. Le public peut néanmoins toujours farfouiller dans les collections, mais de manière virtuelle! En effet, les conservatrices et conservateurs suisses racontent les histoires fantastiques de leurs objets dans des vidéos disponibles en ligne. Mais comment démêler le vrai du faux?

Les Jardins Botaniques et Musées d'Histoire Naturelle de Suisse abritent plus de 60 millions d'objets. Derrière chacun d'entre eux se cache une histoire unique

… parfois au sujet d'un organisme bizarre, d'une découverte pleine d'aventures, parfois autour de la rareté, du danger d'extinction ou encore au sujet d'un collectionneur excentrique. Ces histoires peuvent sembler tellement fantastiques que l'on se demande si elles sont vraies ou si elles proviennent de l'imagination sans borne d'une conservatrice ou d'un conservateur.

Concours  «Vrai ou faux»

Grâce au site web www.fantasticstories.ch, 26 institutions suisses vous informent sur la Journée des Collections. Les experts et expertes nous racontent chacun 3 histoires d'objets de leurs collections dans de courtes vidéos. Mais attention : l'une d'elle est totalement inventée. Les fans de devinettes peuvent jouer sur le site web des Histoires Fantastiques et tenter de trouver l'histoire inventée. Les plus perspicaces peuvent gagner des prix exceptionnels, par exemple une visite exclusive dans les collections ou encore d'autres expériences uniques dans le Musée ou jardin botanique de son choix.

© Philippe Wagneur

Cet animal, malheureusement disparu mais dont un spécimen est conservé au Muséum d'histoire naturelle de Genève, utilisait son appendice nasal pour se déplacer. Vrai ou faux ? [vidéo en français]

Le Muséum d'histoire naturelle de Genève fête cette année ses 200 ans !

Aujourd'hui encore, les scientifiques du Muséum continuent par leur travail à entretenir et à enrichir une collection constituée de près de 15 millions de spécimens d'animaux contemporains et fossiles, et de minéraux. Au total, elles représentent environ un quart de toutes les collections de sciences naturelles en Suisse.

La nouvelle exposition Trésors 200 ans d'histoire naturelle à Genève, dévoile 200 objets des collections du Muséum.

En raison des restrictions sanitaires liées au COVID-19, le Muséum est fermé au moins jusqu'au 29 Novembre. Mais vous pouvez toujours visiter nos collections – virtuellement!

Concours : ouvert jusqu'au 15 décembre.

- Vrai ou Faux ? Trois histoires sur les collections du Museum

Story 1: « Les vers pas solitaires »                    

Story 2: « Des mammifères extraordinaires »     

Story 3: « Un escargot qui date les montagnes »

Concours : ouvert jusqu'au 15 décembre.

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Plus de vidéos en français :

• https://fantasticstories.ch/mhnf/ (Musée d'histoire naturelle de Fribourg)
• https://fantasticstories.ch/mhng/ (Muséum d'histoire naturelle de Genève)
•  https://fantasticstories.ch/mzl/ (Musée Cantonal de Zoologie, Lausanne)
• https://fantasticstories.ch/mjbl/ (Musée et Jardin botanique, Lausanne) https://fantasticstories.ch/mhnn/ (Muséum d'histoire naturelle de Neuchâtel)
• https://fantasticstories.ch/jurassica/ (JURASSICA Museum, Porrentruy)

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  © Adrian Möhl.

Cette plante fait partie de la collection vivante du jardin botanique à Berne. On croyait qu'elle avait disparue a été récemment redécouverte. Pas dans son habitat naturel au bord du lac de Constance, mais plutôt au jardin botanique, entre deux lits de semence. Dans tous les cas, c'est ce que nous raconte un chercheur du jardin, mais dit-il la vérité ? [vidéo en allemand]

  © Christoph Germann.

Ce coléoptère du Musée Cantonal d'Histoire Naturelle de Lugano possède une trompe très longue chez les mâles utilisée dans les combats pour impressionner les femelles. Vrai ou faux ?[vidéo en italien]

Cet évènement est proposé par la Société Suisse de Systématique (SSS) et soutenu par l'Académie des Sciences Naturelles et le Fonds National Suisse de La Recherche Scientifique. Des versions haute résolution des images peuvent être téléchargées  ici

Contact en français: Dr Loïc Costeur, Naturhistorisches Museum Basel. Augustinergasse 2, 4051 Basel. 061 266 55 87, loic.costeur@bs.ch

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Flottaison vs viscosité : Archimède renversé ?

Archimède : Une recherche bouscule les limites de ce modèle classiquement enseigné…

La "loi" d'Archimède détermine l'intensité de la force qui permet la flottaison… Or une recherche récente la présente dans les news de Science (Gent, E. 2020) comme remis en question. Les enseignants savent bien que c'est un modèle, qui a son domaine validité, et ses limites. D'un autre côté, le contexte scolaire exige une clarté sur les attentes aux examens. Cette publication Jump-To-Science présente la version vulgarisée, en repère quelques transpositions et renvoie vers toute la richesse de l'article d'origine (Apffel, et al., 2020). Elle discute finalement comment gérer cette tension entre a) les besoins des élèves que rassurent les vérités simples d'un modèle classiquement enseigné et b) la nature hypothétique et la portés de ces modèles quand une recherche récente en révèle les limites.

En effet dans le modèle d'Archimède les forces de viscosité sont négligées, et avec des objets de la taille d'un savant de l'antiquité  elles sont sans doute négligeables.

Fig. 1 : Les Gerris  révèlent un équilibre entre les forces de viscosité et de gravitation [img]. Image : Lombard, F.

Par contre ces forces ne sont pas négligeables pour le Gerris lacustris (parfois appelé punaise d'eau ou improprement araignée d'eau) : ses pattes hydrophobes s'appuient, grâce à la tension de surface, sur une dépression de l'eau qui produit la force nécessaire à les tenir au-dessus de la surface de l'eau.  Voir vidéo.

Fig. 2 : il faut prendre en compte la viscosité et la tension de surface pour expliquer le rebond de la goutte. Image : Lombard, F.

Sans prendre en compte la viscosité on ne peut guère expliquer les magnifiques formes des gouttes qui rejaillissent de l'eau. La loi d'Archimède ne serait-elle pas une loi absolue  ? 

L'eau qui s'égoutte : la gravitation et la viscosité, la tension de surface ?

Les gouttes qui se forment les jours de pluie sous un rebord ou sous un robinet restent d'abord attachées à la surface mouillée par des forces liées à la viscosité et la tension de surface, retenant en quelque sorte l'eau, puis la gravitation l'emporte et la goutte tombe. Cf. fig. 3 et  vidéo

Fig. 3 : Les gouttes manifestent un équilibre entre les forces de viscosité, tension de surface et de gravitation. Image et video : Lombard, F.

Ce phénomène est bien connu. Cependant une publication récente (Apffel, et al., 2020) montre que , dans certaines circonstances; si on agite la surface d'un liquide très visqueux, la goutte est réabsorbée avant d'avoir pu se détacher, et  Gent, E. (2020) explique que des objets paraissent flotter à l'envers sous la surface inférieure du liquide .  

Fig 4: Cliquer pour animer. Agité énergiquement le liquide visqueux empêche les petits objets de tomber ou de remonter vers la surface supérieure [img]. Source : Gent, E. (2020) d'après Apffel et al., 2020

Des bateaux en lévitation semblent renverser la loi d'Archimède

Gent, E. (2020) dans une News de Science ici commente une étude où l'équipe d'Emmanuel Fort, à l'ESPCI  (Apffel, et al., 2020) ici a réussi à faire flotter de minuscules bateaux sur la face inférieure d'une couche de liquide (voir animation ci-dessus). Gent, E. (2020) évoque avec humour des possibilités nautiques inhabituelles, mais ces résultats sont troublants pour la compréhension naïve de la flottabilité. On observe ici que la vulgarisation met en évidence une conclusion accrocheuse.

Le modèle utilisé pour expliquer pourquoi les bateaux flottent est resté en grande partie inchangé depuis que le mathématicien grec antique Archimède a expliqué comment la force de gravité descendante est équilibrée par la pression ascendante de l'eau déplacée. ent, Gent, E. (2020) indique que les vibrations peuvent induire un comportement étrange qui semble défier la gravité. En ébranlant un modèle solaire bien établi, on voit de nouveau que la vulgarisation met en évidence un aspect accrocheur apparemment issu des conclusions de cette recherche.

En 1951, le physicien russe Piotr Kapitza, lauréat du prix Nobel, a décrit comment le fait de secouer rapidement un pendule inversé le stabilise plutôt que de le faire basculer vers sa position stable naturelle : Kapitza effect, which is the dynamical stabilization of an inverted pendulum by vertical shaking dit l'article d'origine.  Depuis lors, les scientifiques ont utilisé les vibrations pour faire léviter des liquides dans les airs et faire couler plutôt que de monter des bulles d'air (Cf. p. ex. Krieger, 2017). Cette nouvelle étude suggère qu'ils peuvent également inverser les règles de flottabilité. Traduction, d'après Gent, E. (2020). encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Avant qu'une goutte se forme, la secousse (et la viscosité) fournit une force opposée qui la rappelle

Des expériences antérieures avaient montré que les fluides visqueux dans un conteneur vibrant peuvent être amenés à léviter. C'est parce que chaque fois qu'une partie du liquide essaie de s'égoutter, la secousse fournit une force opposée qui le retient. Cela empêche la surface inférieure du fluide de se briser et emprisonne un coussin d'air en dessous. Traduction d'après Gent, E. (2020). Mais Emmanuel Fort, dont le laboratoire se concentre sur l'optique et l'imagerie, n'était pas au courant de ces recherches antérieures. Avec ses collègues, ils se sont inspirés du pendule de Kapitsa  pour voir s'ils pouvaient reproduire un comportement similaire dans un liquide. Ils ont construit un récipient en plexiglas sur une machine à secouer et l'ont rempli de liquides visqueux tels que de l'huile de silicone ou du glycérol. Ensuite, ils ont utilisé une aiguille pour injecter une couche d'air au fond et ont vu que le liquide vibrant lévitait au-dessus.  
Pour bien comprendre le dispositif expérimental il faut se référer à l'article d'origine : Apffel, et al. (2020), Jump-To-Science en a extrait la figure 6 ci-dessous.

Fig 6: a, Montage expérimental, composé d'un récipient en plexiglas  (jusqu'à 20 cm de largeur) fixé sur un agitateur oscillant verticalement avec amplitude A et fréquence ω / (2π). Le liquide est soit du glycérol ou de l'huile de silicone à haute viscosité (typiquement 0,5 Pa s). Les bulles sont créées en injectant de l'air avec une seringue à travers une longue aiguille. L'expérience se déroule à température ambiante (20 ° C). b, Séquence d'images (de gauche à droite, de haut en bas) de la création de la couche d'air obtenue en injectant avec une aiguille de l'air au fond du bain liquide oscillant. La bulle qui coule grandit jusqu'à ce qu'elle remplisse complètement le fond du récipient (voir les vidéos supplémentaires 1, 2). c, d, Amplitude verticale de la couche liquide, Al / A (c), et le déphasage relatif ϕl - ϕ des oscillations du liquide par rapport à celui du secoueur (d) en fonction de la fréquence d'excitation ω / (2π ). En médaillon, schéma du système masse-ressort composé de la couche d'air chargée du liquide en lévitation (c) et image de l'instabilité de Faraday qui se déclenche sur les deux surfaces opposées de la couche liquide en lévitation d'huile de silicium (d; voir Vidéo supplémentaire 3). Les données expérimentales (cercles pleins) sont ajustées par le modèle ressort-masse avec les paramètres d'ajustement ω / (2π) = 103 Hz et Γ = 0,04 (ligne pointillée; voir les supplementary informations pour plus de détails). e, vues de trois quarts colorisées numériquement des conteneurs oscillants avec une et deux couches liquides de lévitation d'huile de silicone (voir vidéo supplémentaire 4). f, Haut, vues latérales colorisées numériquement du bain de lévitation dans des récipients de largeurs L = 2 cm (gauche) et L = 18 cm (droite); voir Vidéo supplémentaire 5. Bas, vitesse critique du liquide 𝑣 ∗ l = Alω pour la stabilisation de Kapitza de la couche liquide en fonction de la largeur L du conteneur: données expérimentales (cercles) et modèle 𝑣 ∗ l = 𝑔𝐿 / 𝜋‾‾‾ ‾‾√ (ligne pointillée). Les barres d'erreur correspondent aux valeurs extrêmes sur cinq expériences.  [img]. Source :Apffel et al. (2020) Notre traduction

Après avoir réalisé que le phénomène avait été documenté il y a des décennies, Apffel et al. (2020) ont peaufiné l'expérience en plaçant de petites perles dans la couche de liquide en lévitation - et ont vu qu'elles flottaient de manière stable sur la face inférieure du liquide. «C'était complètement inattendu», déclare Emmanuel Fort dans la news de Gent, E. (2020).  Cf. figure 6. On observe ici que la vulgarisation propose la réaction personnelle qui souligne la dimension inattendue et peut avoir un effet accrocheur.

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Pour accroitre l'impact visuel (un pied de nez aux cours de physique trop dogmatiques ?), Apffel et al. (2020) ont échangé les perles contre de petits modèles de bateaux et ont découvert qu'ils pouvaient flotter sur les surfaces supérieure et inférieure en même temps. Cf. figure 4. encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

Apffel et al. (2020) présentent un modèle pour expliquer comment les effets de la flottabilité se reflètent sur la face inférieure du fluide, dans un article au titre percutant :Floating under a levitating liquid". Normalement, de légères perturbations devraient pousser l'objet soit vers le bas dans l'air libre, où il tomberait… soit vers le haut dans le liquide où la flottabilité prendrait le dessus et le pousserait vers le haut. Mais de fortes vibrations peuvent annuler ces perturbations. Elles maintiennent l'objet stable sur la surface inférieure où la traction vers le bas de la gravité et la traction vers le haut de la flottabilité sont parfaitement équilibrées, explique Gent, E. (2020). 
Pour bien comprendre ce modèle, il faut se référer à l'article d'origine. Jump-To-Science en a extrait la figure 7 ci-dessous... mais encourage chacun.e à se faire plaisir en lisant l'original ici

Fig 5: a, Schéma de l'équilibre des forces aux deux interfaces opposées; la force de flottabilité annule le poids des corps immergés, où V_im est le volume immergé. b, Profil typique du potentiel statique (bleu) le long de la direction verticale z en négligeant les effets dynamiques. Deux positions d'équilibre apparaissent à chaque interface; l'équilibre inférieur est instable. Encarts, grossissements du potentiel à proximité des positions d'équilibre avec ajout de l'effet de stabilisation dynamique (ligne rouge; voir Informations complémentaires). c, Vues latérales colorisées numériquement de sphères en plastique de 2 cm de diamètre, flottant vers le haut et vers le bas avec une densité inférieure (gauche) et supérieure (droite). d, Positions d'équilibre moyennées dans le temps pour des sphères de 2 cm de diamètre avec des masses variables, en fonction du volume immergé à l'interface supérieure (carrés bleus) et à l'interface inférieure (losanges rouges). Les cercles noirs donnent les positions d'équilibre obtenues sans secousse. La ligne en pointillé est donnée par le principe d'Archimède avec  ρ_l  mesuré expérimentalement = 1.1 kg l⁻¹ pour le glycérol. Les barres d'erreur correspondent à des valeurs extrêmes sur trois mesures. e, Bateaux flottant au-dessus et au-dessous d'une couche de liquide en lévitation (voir la vidéo supplémentaire 6; coloriée numériquement). [img]. Source :Apffel, et al. (2020).

On ne sait pas encore si ce dispositif fascinant a des utilisations pratiques. Des vibrations ont été utilisées pour contrôler le mouvement des bulles dans les fluides pour le traitement des minéraux et les réactions chimiques, mais Gent, E. (2020)  s'interroge sur les utilités de cette nouvelle découverte: la plus grande contribution, ajoute-t-il, est de montrer que les systèmes vibrants détiennent encore des comportements exotiques non découverts.

Le dispositif expérimental de l'équipe n'a été testé qu'avec demi-litre de liquide au maximum, mais leurs équations suggèrent que la seule limite à ce volume est la puissance de la machine à secouer. Et si l'approche fonctionne bien avec des liquides visqueux, elle ne fonctionne pas aussi bien avec de l'eau, selon E. Fort. (l'eau n'est pas visqueuse et n'a pas une tension de surface liquide-liquide très importante)
"A moins que vous ne soyez heureux de vous lancer dans une mer d'huile minérale visqueuse, les rêves de navigation à l'envers pourraient le rester", s'amuse Gent, E. (2020).
On voit de nouveau que la vulgarisation extrapole un aspect accrocheur des conclusions de cette recherche. C'est classiquement ce qui se passe dans la vulgarisation .

Il apparait clairement que pour comprendre les méthodes et le dispositif expérimental il faut se référer à Apffel, et al., (2020). encourage le lecteur à aller vérifier dans l'article d'origine :  ici

La comparaison avec l'article d'origine, là où les savoirs scientifiques sont produits révèle bien ce qui disparait (les méthodes, les limites, le degré de certitude,les modèles formalisés…) et ce qui est mis en avant : les conclusions accrocheuses, l'évolution de modèles à la protée plus large et délimitant mieux les limites des précédents, présenté un peu comme une remise en question d'une vérité établie (Green Staerklé, et al (2002).

Faut-il semer le doute dans l'esprit des élèves en évoquant ces limites du modèle d'Archimède ?

On pourrait craindre que ces recherches conduisent à douter du bien fondé de l'enseignement de la science (physique, ici) : "mais alors la loi d'Archimède est même pas vraie, m'dame/ m'sieur ! … ça sert à quoi de l'apprendre ?" 

L'enseignement des sciences ne peut éviter d'affronter une tension entre a) les exigences de clarté sur ce qui sera demandé à l'évaluation (et donc sur les objectifs) et b) le constat que les savoirs scientifiques sont établis sur la base de modèles qui ne sont pas des certitudes mais des "simplifications de phénomènes focalisées sur certaines caractéristiques et qui peuvent être utilisés pour produire des explications d'observations et mesures ainsi que des prédictions": 

"A scientific model is an abstract, simplified, representation of a system of phenomena that makes its central features explicit and visible and can be used to generate explanations and predictions "(Harrison & Treagust, 2000)ici

Ainsi il n'y a pas en sciences de Top-modèle  (cf Jump-To-Science 2011) qui serait tout simplement vrai, mais des modèles pertinents pour certains problèmes dans certains contextes.

"La question est alors non pas : quel bon modèle enseigner ?
Mais : comment donner aux modèles manipulés leurs trois caractéristiques essentielles :

• ils sont hypothétiques
• ils sont modifiables
• ils sont pertinents pour certains problèmes dans certains contextes ?" Martinand, J. L. (1996)

Résoudre cette tension inévitable dans le monde scolaire ?

Cette tension entre le a) besoin pédagogique de clarté, de certitude pour les élèves de ce qu'il faut savoir et savoir faire pour avoir une bonne note d'une part et b) la nature hypothétique et l'incertitude délimitée des savoirs de la science est incontournable.
Le modèle d'Archimède n'était pas simplement vrai avant Apffel,et al.(2020), il n'est pas faux depuis ces recherches.  Son domaine de validité et les problèmes pour lesquels il est pertinent sont mieux définis.

Cela n'empêche pas de clarifier dans un contexte scolaire qu'en vue de l'examen le modèle d'Archimède, de Mendel, ou un autre est celui que les élèves doivent savoir utiliser pour obtenir la note maximale. Rien n'empêche alors d'aider les élèves à voir les limites du modèle institutionnalisé, son domaine de validité, le type de problèmes pour lesquels il est pertinent ou non.

Et les articles vulgarisés par leur côté accrocheur sans donner les réponses scientifiques pourraient être utilisés pour susciter des questions, donner envie de savoir comment ces savoirs ont été produits ?

Pour aller plus loin …

Peut-on travailler avec les élèves une progression vers un usage moins naïf des modèles ? Schwarz, et al. (2009) suggèrent que c'est possible : cf ici.

Ce serait cohérent avec la place centrale des modèles dans les plans d'études PER (CIIP, 2011)

Références:

• Apffel, B., Novkoski, F., Eddi, A., & Fort, E. (2020). Floating under a levitating liquid. Nature, 585(7823), 48‑52. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2643-8
• CIIP, (2011). Plan d'études Romand. Romandie, Suisse: Conférence intercantonale de l'instruction publique de la Suisse Romande et du Tessin.ici
• Gent, E. (2020). Watch levitating upside-down boats flip the law of buoyancy. Science. https://doi.org/10.1126/science.abe6164
• Green Staerklé, E., & Clémence, A. (2002). De l'affiliation des souris de laboratoire au gène de la fidélité dans la vie : Un exemple de transformation du savoir scientifique dans le sens commun. In C. Garnier & W. Doise (Éds.), Représentations sociales. Balisage du domaine d'études. Montréal : Éditions nouvelles, pp. 147—155, 2002. (p. 147‑155). intranet.pdf
• Harrison, A. G., & Treagust, D. F. (2000). A typology of school science models. International journal of science education, 22(9), 1011‑1026. https://doi.org/10.1080/095006900416884
  
• Kapitza, P. L. (1951). Dynamic stability of a pendulum with an oscillating point of suspension. Journal of experimental and theoretical physics, 21(5), 588‑597.
• Krieger, M. S. (2017). Interfacial fluid instabilities and Kapitsa pendula. The European Physical Journal E, 40(7), 67. https://doi.org/10.1140/epje/i2017-11556-x
• Martinand, J.-L. (Dir.) (1992). Enseignement et apprentissage de la modélisation en sciences. Paris, INRP
• Martinand, J. L. (1996). Introduction à la modélisation. Actes du séminaire de didactique des disciplines technologiques., Cachan  Paris | . pdf
  
• Martinand, J. L. (2010). Schémas didactiques pour la modélisation en sciences et technologies. Spectre, 40, 1, 20‑24. intranet.pdf
• Schwarz, C., Reiser, B. J., Davis, E. A., Kenyon, L., Achér, A., Fortus, D., Shwartz, Y., Hug, B., & Krajcik, J. (2009). Developing a learning progression for scientific modeling : Making scientific modeling accessible and meaningful for learners. Journal of Research in Science Teaching, 46(6), 632‑654. https://doi.org/10.1002/tea.20311
  

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