Innovation Pédagogique et transition

Débat : comment enseigner à partir des objectifs du développement durable des Nations Unies ?

Joel Chevrier, professeur de physique, Université Grenoble Alpes — 2020-08-13T07:42:00Z

Le bâtiment GreEn-ER rue des Martyrs à Grenoble, abritant l'école nationale supérieure de l'énergie, l'eau et l'environnement, ainsi que le G2E lab (Grenoble Electrical Engineering). Wikipedia

La civilisation thermo-industrielle a produit des méthodes d'enseignement et d'apprentissage remarquables au service de son développement sur la base de la science et de la technique. Ainsi le succès du modèle de l'ingénieur et des écoles associées.

Aujourd'hui, nous devons construire collectivement et à l'échelle planétaire, un basculement de cette civilisation, vers l'abandon des combustibles fossiles. D'ores et déjà, et même si c'est très difficile, l'université produit des expériences pédagogiques qui cherchent à accompagner les étudiants vers ce futur menaçant.

Peut-on les situer dans la durée et apprécier en quoi en elles se situent dans une continuité ou une rupture par rapport aux modèles si performants pour les générations précédentes ?

La formation de l'ingénieur dans les pas de Sadi Carnot

Au XIX^e siècle, déjà avant l'époque de Sadi Carnot, puis quand la civilisation thermo-industrielle commence une montée en puissance qui sera toujours plus rapide, le système éducatif suit et vient mettre en place les formations associées.

On n'étudie pas, on n'apprend pas les mêmes connaissances dans une société fondée sur l'agriculture, ou dans celle qui s'installe alors, d'abord industrielle et toujours plus ancrée dans les savoirs techniques et scientifiques.

La figure de l'ingénieur s'est installée avec ses écoles d'ingénieurs et les sciences de l'ingénieur. Un siècle et demi plus tard, ma génération, celle des « baby-boomers », celle de la terminale C, n'a fait quasiment ni biologie ni sciences de la terre au lycée. Sans surprise, les classes préparatoires scientifiques et les écoles d'ingénieurs déterminent l'enseignement scientifique nécessaire sur la base mathématique, physique et chimie.

À Grenoble, les différentes écoles qui fonderont l'Institut National Polytechnique viendront se structurer autour des grandes questions liées à l'énergie et aux matériaux : électrotechnique, électrochimie, métallurgie, hydraulique et mécanique.

Des générations et des milliers d'ingénieurs dont la formation a été magnifiquement inscrite dans le programme de Sadi Carnot. Bien sûr, rien de si spécifique à Grenoble. On pourrait multiplier les exemples en France ou dans la plupart des pays européens qui traduiraient un passage à l'échelle très réussi.

« A scientific-engineering approach », la méthode de la civilisation thermo-industrielle

Au cœur de cette formation, il y a une méthode de travail et aussi d'apprentissage. Elle est fondée sur la science et l'ingénierie. Plus compact en anglais : « A scientific-engineering approach. » Dans un raccourci certes un peu rapide : « à tout problème bien posé, sa solution rationnelle, efficace, pour le bien de tous ! »

Le constat est là : suivant l'intuition de Sadi Carnot, avec une immense production d'énergie en croissance constante et rapide, la maitrise de sa distribution et de sa mise en œuvre, un changement de vie individuelle et collective advient, en fait un changement de civilisation, pour une immense partie de l'humanité, en quelques décennies.

Les objectifs du développement durable des Nations unies (2015). //www.un.org/sustainabledevelopment/fr/objectifs-de-developpement-durable

Au service de ce développement, sur la base de cette méthode, se construisent la mise en œuvre des connaissances scientifiques et techniques, avec l'organisation du travail, les modes de collaboration collective et hiérarchisée afférents.

À l'exemple des écoles d'ingénieurs, l'éducation à la technique et à la science se structure autour de contenus, de formations et de méthodes de travail en phase avec ce développement et cette structuration de la société thermo-industrielle. Bien sûr, ce tableau brossé à grands traits est trop caricatural et trop rapide. Mais il me semble capturer des éléments essentiels de cette histoire.

Reconstruire l'université autour des objectifs du développement durable

Issues de l'université, les connaissances scientifiques autour du réchauffement climatique et de l'effondrement de la biodiversité s'accumulent, s'affinent d'année en année, depuis des décennies. Comment pouvons-nous les utiliser pour construire la réaction rapide et massive maintenant nécessaire ?

En 2015, l'assemblée générale des Nations unies vote une proposition « pour construire un futur meilleur et soutenable pour tous » sur la base d'une liste de 17 objectifs planétaires. La réflexion autour des ODD dans le monde universitaire est en route. La Conférence des présidents d'université et la Conférence des grandes écoles avec un collectif d'acteurs nationaux mettent en ligne un ouvrage de 132 pages intitulé :

« Objectifs de développement durable, quelles contributions des métiers de l'enseignement supérieur et de la recherche en France ? ».

Bien sûr si l'on se fonde sur l'article de Jean Jouzel dans The Conversation, on est clairement très loin d'avoir conduit la transformation du monde universitaire qu'il appelle de ses vœux :

« Les universités s'enorgueillissent de préparer leurs étudiants à un avenir brillant. Mais face à un climat en crise, où les catastrophes d'une ampleur et d'un impact « sans précédent » deviennent la norme, à quel avenir promettre nos étudiants ? Face à la dégradation de l'environnement et à la perte très importante de biodiversité, les universités et autres établissements d'enseignement devraient prioriser la préparation adéquate de leurs étudiants et de leur personnel à des temps de plus en plus difficiles. »

A l'évidence, cette réponse n'est pas là aujourd'hui. On peut penser qu'elle adviendra. Au vu des enjeux et de l'urgence, ça parait inéluctable. Et la pression étudiante nous poussera certainement en avant bien plus vite. Heureusement. De nombreuses initiatives étudiantes sont déjà en route. Un exemple à 30000 étudiants. Mais, même devant l'ampleur des menaces, cette révolution sur les campus est très difficile à mener dans le temps imparti.

Avant toute chose, eau, énergie et environnement

Je vais prendre un exemple de première transformation réussie sous mes yeux. Mes collègues grenoblois ont transformé deux écoles d'ingénieurs sur la base des ODD. Et ce avant que les ODD existent…

Johan Rockström, dans son intervention « au-delà de l'anthropocène » au forum économique mondial en 2017, organise ces 17 objectifs du développement durable (ODD) en une pyramide.

Au-delà de l'Anthropocène par Johan Rockström.

La base est constituée de l'objectif 15 qui concerne la vie terrestre, du 14, la vie aquatique, du 6, l'accès à l'eau et du 13, le réchauffement climatique.

J'ajoute ici à cette base le 7, celui de l'énergie sans laquelle rien ne peut se faire même si elle doit être décarbonée. Les 12 autres sont d'une extrême importance notamment pour notre vie ensemble et sont des conditions requises pour que nous puissions considérer les 5 ainsi détachés. La justice et la paix concernent l'objectif 16. L'éducation, l'objectif 4. Sans la paix et sans l'éducation de tous sur Terre, changer notre civilisation à l'heure de l'anthropocène sera très compliqué. En fait ce sera une catastrophe.

À l'inverse, rester en paix, peut être même simplement en vie, sans eau et/ou dans une biosphère très dégradée mais dont nous sommes à tout jamais un élément, soumis à des phénomènes extrêmes liés au réchauffement climatique, s'avérera juste impossible.

Ces 5 ODD peuvent se rassembler ainsi : « eau, énergie, environnement ». A Grenoble, c'est exactement le titre de l'école d'ingénieurs ENSE3 de Grenoble INP. C'est la récente métamorphose des deux écoles d'ingénieurs en Électrotechnique, Hydraulique et Mécanique, au cœur des Sciences de l'Ingénieur classiques.

Les questions abordées par les formations précédentes n'ont pas disparu. On construit toujours, et même toujours plus, des moteurs électriques, des machines hydrauliques. La mécanique reste une compétence essentielle pour l'humanité. Cette école affiche toujours cet ancrage scientifique et technique, mais dans une perspective qui n'est plus celle de la civilisation thermo-industrielle.

Au-delà de l'ingénieur et du chercheur

C'est remarquable. Vraiment. Mais les universités sont à une autre échelle. Un grand centre universitaire rassemble des dizaines de milliers d'étudiants qui vont prendre leur place partout dans la société. Ils sont tous concernés et il leurs faut se préparer à être collectivement des acteurs dans ces temps difficiles.

Il faut aller au-delà de cette stratégie de formation et d'éducation, qui ne se base que sur les seules compétences et expertises spécialisées aussi importantes et précieuses soient-elles, d'ailleurs d'abord dans les actions liées aux transitions du monde.

550 étudiants en aéronautique posent remarquablement le débat dans le journal Le Monde du 29 mai 2020 : « Aéronautique : « La transition écologique impose une profonde transformation de notre industrie » ». Le chapeau de la tribune donne le ton :

« Le progrès technique ne suffira pas à la diminution des émissions de gaz à effet de serre des avions, indispensable contre le réchauffement climatique, affirment plus de 550 étudiants du secteur de l'aéronautique dans une tribune au « Monde », qui plaident en faveur de reconversions industrielles et d'une réduction du trafic aérien. »

Dignes successeurs de Carnot, visionnaire à 27 ans. Chacun dans son temps bien sûr. Chers étudiants, merci !

On retrouve les arguments de cette tribune dans ce dessin de Valéry Pernot issue de l'étude « préparer l'avenir de l'aviation » du think tank The Shift Project. Valéry Pernot souligne clairement ici les limites de l'ingénierie et de la technique. A la fin, cela nous renvoie tous à des questions bien plus larges et bien plus complexes : Pourquoi volons-nous ? Qu'est ce qui en vaut la peine en regard de la menace climatique ?

Les ODD dégagent des enjeux pour l'humanité qui ne se réduisent ni à des questions d'ingénierie, ni de science, ni même d'innovation ou de recherche. Ces questions globales pointées par les ODD sont prégnantes et complexes. Elles ne se laissent pas cerner par les champs établis du savoir, toutes disciplines académiques confondues, pas seulement techniques et scientifiques.

Mais au cœur de la civilisation que nous devons installer, elles deviennent un défi pour l'université qui accompagne des millions d'étudiants, acteurs du monde de demain comme les 550 signataires ci-dessus. Comment répondre alors à l'injonction de Jean Jouzel : « Pourquoi les universités doivent déclarer l'état d'urgence écologique et climatique. » ?

Joel Chevrier ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son poste universitaire.

Débat : Vers des conventions citoyennes universitaires pour le climat et la biodiversité ?

Joel Chevrier, professeur de physique, Université Grenoble Alpes — 2020-07-09T07:19:56Z

Amphithéâtre de l'UFR Mathématiques Informatique Mécanique et Automobile, à Metz. . © Conférence des présidents d'université – Université de Lorraine

Je suis professeur de physique à l'université Grenoble Alpes depuis bientôt 25 ans. Aujourd'hui, bien tard probablement, ma réflexion est résumée par l'article du climatologue Jean Jouzel dans The Conversation : « Pourquoi les universités doivent déclarer l'état d'urgence écologique et climatique ». qui contient pour seule indication pédagogique :

« Pour cela, il est indispensable d'intégrer l'action écologique et climatique à toutes les disciplines. »

Si le titre de l'article nous oblige, la proposition pédagogique me semble limitée surtout s'il s'agit pour les universités d'avoir un impact sur tous les étudiants.

Qui va venir dans chaque discipline enseigner le réchauffement climatique ? Va-t-on faire un cours de réchauffement climatique par discipline isolée ? Un pour spécialistes du droit, un autre pour physiciens, pour historiens, ou bien une présentation générale, superficielle et indigeste des innombrables articles en ligne ? Comment être à la hauteur des enjeux sinon en rassemblant les étudiants dans une réflexion commune quels que soient les parcours ?

Difficile c'est vrai, car pour l'essentiel, l'université procède par disciplines académiques spécialisées et/ou par adéquation avec les professions liées au monde socio-économique et industriel. Dans le monde d'avant, ce fut un succès. Il ne faut pas toujours se flageller. Mais là, ça ne marchera pas.

Accompagner, dans l'urgence, les étudiants vers ce futur lourd de menaces incontournables met au défi les universités au cœur même de leur modèle d'éducation et de formation. Ces problèmes globaux, extrêmement complexes, ne se laissent pas projeter sur les disciplines de l'université et les enseignements associés. Comment inventer des outils et des formes pédagogiques en étant déjà dans l'état d'urgence écologique et climatique ?

Essayons de regarder comment faire en prenant la convention citoyenne pour le climat comme repère.

Les « wicked problems » ou problèmes rebelles

Pour entrer dans cette exploration pédagogique, on a besoin d'un cadre de réflexion construit et partagé, qui aborde la spécificité de ces problèmes globaux si complexes et si difficiles pour tous.

En 2014, Michael Torman de la Banque Mondiale décrivait le réchauffement climatique comme un « wicked problem ». Déjà, en 2008, Richard J. Lazarus, professeur de droit à l'université de Harvard, parlait du changement climatique comme d'un « super wicked problem ». Et bien d'autres auteurs ont développé cette approche.

Les « wicked problems » ont été identifiés et nommés à l'université de Berkeley, en Californie par deux théoriciens du design, Horst Rittel et Melvin M. Webber. Leur article de 1973 intitulé « Dilemmes dans une théorie générale de la planification » est en ligne. C'est toujours une référence importante. Le résumé déjà indique que cela peut effectivement être le cadre recherché :

« La recherche de bases scientifiques pour affronter les problèmes de politique sociale est vouée à l'échec, en raison de la nature de ces problèmes. Il s'agit de “wicked problems”, alors que la science s'est développée pour traiter des “tame problems”. Les problèmes de politique ne peuvent être décrits de manière définitive. En outre, dans une société pluraliste, rien ne ressemble au bien public incontestable ; il n'existe pas de définition objective de l'équité ; les politiques qui répondent aux problèmes sociaux ne peuvent être ni correctes ni fausses de manière significative ; et il est insensé de parler de “solutions optimales” aux problèmes sociaux à moins d'imposer d'abord de sérieuses réserves. Pire encore, il n'y a pas de “solutions” au sens de réponses définitives et objectives. »

Les traductions de wicked et tame me sont ici une difficulté sérieuse. Dans leur article de 2017, « Les formes d'innovation publique par le design : un essai de cartographie », les chercheurs Jean‑Marc Weller et Frédérique Pallez parlent de situations réputées épineuses. On trouve bien sûr pour wicked, méchant mais aussi complexe, pernicieux, rebelle voire pervers (Bruno Latour, « Où atterrir », 2017), et pour tame, dompté, maîtrisé, apprivoisé…

Penser le réchauffement climatique comme un « wicked » problème ou un « tame » problème, qui décrivent deux approches opposées de l'action en société, nous aide à penser l'accompagnement des étudiants. Le prisme « wicked problem » souligne que ce n'est pas la seule rationalité scientifique et technique, qui va fonder notre réponse à ces défis mais l'émergence d'une conscience collective et citoyenne, construite elle rationnellement avec les étudiants même si dans l'urgence du temps.

La convention citoyenne pour le climat : une mine d'or pour les universités ?

Dans le contexte de cette réflexion pédagogique, la convention citoyenne pour le climat se présente comme une démarche exploratoire, que l'on peut tenter de situer à partir de ce cadre des « wicked problems ». Cette convention a rassemblé 150 profils pour représenter la diversité de nos concitoyens.

J'ai entendu certains des participants expliquer à quel point cette expérience avait transformé leur approche du réchauffement climatique, de la vie quotidienne jusqu'aux enjeux planétaires. C'est ce que rapporte Stéphane Foucart dans sa récente chronique du Monde :

« Ce n'est que lors de la convention que nombre des 150 citoyens sélectionnés ont découvert la gravité du problème climatique. Et, pourtant, l'écrasante majorité d'entre eux a approuvé des propositions ambitieuses. »

Ils ont travaillé et ils ont appris en travaillant. Ils se sont approprié collectivement des connaissances et des informations multiples. Ils ont construit des propositions communes qu'ils partagent aujourd'hui avec nous. Ce qu'il en sortira ou pas pour notre société au plan politique n'est pas ici mon propos d'enseignant. Je regarde la convention citoyenne comme une expérience collective et engagée d'apprentissage par le faire hors du commun.

Comment construire rapidement ensemble une conscience collective ancrée dans le réel, qui permette à la société de se mettre en route ? A cette aune, c'est sinon une mine d'or, en tous cas une source d'inspiration pour les universités qui cherchent comment accompagner tous les étudiants sur ces questions aux enjeux immenses pour leur vie future.

7 sessions de 3 jours pour chercher, comprendre et valider ensemble

L'agenda de la convention citoyenne pour le climat entre octobre 2019 et juin 2020. //www.conventioncitoyennepourleclimat.fr

Thierry Pech, co-président du comité de gouvernance de la convention, souligner l'efficacité du processus. Le travail s'est déroulé en sept sessions de trois jours. Chaque session comprenait des thématiques, des méthodes et des actions bien précises.

De la session 1 à la 4, on note trois fois « identifier » dans les objectifs et deux fois « décoder ». Probablement, je l'imagine, des heures à consulter des experts, des témoins, des acteurs, à noter, à transpirer dans les échanges, à chercher à comprendre en s'aidant les uns les autres.

À partir de la session 5, on trouve trois fois « valider ». Valider est un verbe qui pèse lourd. Dans le monde de l'université, la validation résulte de l'échange scientifique, de l'épreuve de l'esprit critique, de la controverse ouverte, partagée, rigoureuse et productive. Pas facile, exigeant mais au cœur de l'idéal universitaire basée sur la méthode scientifique. Valider ensemble, c'est vérifier que la proposition d'action est fondée sur des informations justement validées, sur des connaissances évaluées, même, et surtout si elles s'avèrent limitées.

Des conventions citoyennes universitaires, c'est faisable !

Sept sessions de trois jours, un calendrier qui précise des étapes, des objectifs de session en session, la convention citoyenne a montré par l'expérience, que tenter l'exercice est faisable avec les moyens et les compétences des universités. On parle ici de quatre semaines. Une année universitaire, c'est environ 25 semaines. 75 semaines pour une licence en trois ans.

Le nombre d'étudiants en France approche les 3 millions. Créer des conventions citoyennes universitaires de quatre semaines doit d'abord être une expérimentation avec un nombre d'étudiants limité.

Quand j'entends les préoccupations, de plus en plus souvent le découragement ou les angoisses des étudiants autour de moi, je ne doute pas qu'on les trouverait au rendez-vous d'une proposition comme une convention citoyenne universitaire, y compris pour la construire ensemble. Ils, elles sont tou·te·s majeur·e·s et nos concitoyen·ne·s.

Enseigner l'énergie au-delà de la civilisation thermo-industrielle, un défi de notre temps

Joel Chevrier, professeur de physique, Université Grenoble Alpes — 2020-06-24T06:30:00Z

Sadi Carnot en 1813, âgé de 17 ans, en uniforme de l'École Polytechnique. Gravure d'après le tableau de Léopold Boilly, parue en 1878 dans la réédition de _Réflexions sur la puissance motrice du feu_, Gauthier-Villars, Paris. Wikipédia

Au cours de cette crise sanitaire, qui précède d'autres tempêtes bien plus terribles causées par le réchauffement climatique, je suis resté enseignant. Les cours eurent donc lieu en ligne et en faisant au mieux. Sujet : la thermodynamique, c.-à-d., la science de la chaleur, source de mouvement.

J'ai repris, un soir après le cours, les Réflexions sur la puissance motrice du feu que Sadi Carnot a publié à 27 ans en 1824, 8 ans avant de mourir du choléra, et à l'aube de la Révolution industrielle. J'avais oublié. Je suis resté interdit devant les toutes premières pages.

Je fais de la physique depuis bientôt un demi-siècle. Je l'enseigne depuis un quart de siècle. Avec toujours un grand plaisir, malgré une interrogation, voire un doute, grandissant. J'enseigne, à l'entrée de l'université, des connaissances qui étaient disponibles bien avant ma naissance. Comme pratiquement tous les enseignants de physique sur Terre. Finalement je les enseigne comme je les ai apprises. Le premier principe de la thermodynamique, c'est la conservation de l'énergie. Elle est intemporelle et s'impose à tous. Alors d'où me viennent cette interrogation et ce doute quand je suis en cours avec des gens de 20 ans, acteurs du monde de demain, eux qui déjà vivront l'impact terrible des transitions irréversibles qui s'avancent, changement climatique et effondrement de la biodiversité en tête ?

« Les Réflexions sur la puissance motrice du feu » de Sadi Carnot

J'ai donc enseigné la thermodynamique en première année de Licence cette année encore, avec les machines thermiques et le cycle de Carnot au cœur de la transmission. En 1824, le jeune Sadi Carnot publie ses Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance. En une centaine de pages, il fonde ainsi ce qui deviendra la thermodynamique baptisée ainsi, 20 ans après sa mort, par William Thomson et vient ainsi donner des bases théoriques à la machine à vapeur. Vingt ans plus tard aussi, Rudolf Clausius introduira l'entropie qui complètera le tableau.

Au passage, Sadi Carnot rationalise et fonde en théorie les pratiques des ingénieurs, et prend la mesure des effets de l'ensemble sur les changements déjà en cours à son époque, sur leurs développements à venir et sur la transformation du monde qui en résultera. A posteriori on ne peut qu'admirer !

« Si quelque jour les perfectionnements de la machine à feu s'étendent assez loin pour la rendre peu coûteuse en établissement et en combustible, elle réunira toutes les qualités désirables, et fera prendre aux arts industriels un essor dont il serait difficile de prévoir toute l'étendue. »

« Elles (les machines à feu) paraissent destinées à produire une grande révolution dans le monde civilisé. »

Deux siècles plus tard, on peut mesurer toute l'étendue de cette grande révolution. La puissance motrice du feu, c'est-à-dire la maîtrise de la chaleur produite par la combustion des combustibles fossiles, charbon, pétrole et gaz, a radicalement changé le monde.

« La navigation due aux machines à feu rapproche en quelque sorte les unes des autres les nations les plus lointaines. Elle tend à réunir entre eux les peuples de la terre comme s'ils habitaient tous une même contrée. Diminuer en effet le temps, les fatigues, les incertitudes et les dangers des voyages, n'est-ce pas abréger beaucoup les distances ? »

Carnot avait anticipé l'explosion des voyages voire la mondialisation des échanges qui s'en suivirent en des termes toujours d'actualité. Déjà le village planétaire est là.

Carnot et la civilisation thermo-industrielle

L'approche scientifique de Carnot est d'une puissance incroyable. Elle part notamment des machines développées autour des mines de charbon. Avec cette analyse advient un saut conceptuel inouï :

« Partout où il existe une différence de température, il peut y avoir production de puissance motrice. »

Il faut disposer de deux températures : une chaude et une froide pour construire une machine thermique comme un moteur de voiture ou une centrale thermique. Plus le point chaud est chaud, mieux c'est. Plus le point froid est froid, mieux c'est. C'est toujours vrai, y compris pour le nucléaire.

Ce concept est au cœur de ce que l'on appelle de plus en plus aujourd'hui la civilisation thermo-industrielle (Voir les interventions de l'économiste Gaël Giraud par exemple). Une civilisation déjà décrite en 1824 par Sadi Carnot en introduction de son texte scientifique fondamental.

L'humanité brûle toujours plus

Ça aussi Sadi Carnot l'a écrit :

« C'est dans cet immense réservoir que nous pouvons puiser la force mouvante nécessaire à nos besoins ; la nature, en nous offrant de toutes parts le combustible, nous a donné la faculté de faire naître en tous temps et en tous lieux la chaleur et la puissance motrice qui en est la suite. »

Pour ce faire, nous avons brûlé d'abord des arbres, puis rapidement du charbon, enfin du gaz et du pétrole. Massivement. Pour faire fonctionner plus d'un milliard de véhicules à moteurs essence ou diesel, et pour produire encore aujourd'hui l'essentiel de l'électricité qu'utilise près de 90 % de l'humanité.

Consommation mondiale de l'énergie primaire par an. A l'époque de Sadi Carnot, la consommation de charbon, même si déjà essentielle par exemple en Angleterre, est encore insignifiante pour l'ensemble de l'humanité. Encore aucune consommation de gaz et de pétrole. //ourworldindata.org/energy

L'article « Moteurs thermiques » de l'Encyclopédie Universalis écrit au XX^e siècle démarre par une courte introduction sur les moteurs à essence et diesel, et cadre immédiatement son propos par le rendement de Carnot et ses deux températures. Enseigner cette partie de la thermodynamique ainsi, c'est se situer dans la droite ligne de l'introduction de Sadi Carnot.

Donc j'enseigne encore comme toujours, la puissance motrice du feu au cœur de la civilisation thermo-industrielle qui n'est ni durable, ni soutenable. Et pourtant je ne boude pas mon plaisir. J'enseigne aux étudiants ces machines thermiques idéales, le cycle de Carnot associé et son rendement, avec l'entropie à la clé.

C'est un morceau de physique d'une puissance, d'une subtilité et d'une élégance toujours fascinantes. Le faire découvrir à des étudiants est un privilège constant. Comme mes professeurs il y a 40 ans, dans le cadre du cours, je souligne que la maîtrise de ces connaissances est incontournable : « A savoir pour la vie ! Et même si la plupart d'entre vous ne fera rapidement plus de physique ! » Bien sûr, car il y a plus d'un milliard de moteurs à combustion dans le monde.

Civilisation thermo-industrielle : fin de partie en vue

Mais aujourd'hui, j'en ai peur, nous avons affaire à un problème méchant :

« Les transports sont responsables de près de 30 % des émissions totales de CO₂ de l'Union européenne. Parmi ces émissions, 72 % proviennent du transport routier. »

En son temps, Sadi Carnot a décrit clairement le potentiel de progrès pour l'humanité dans la maîtrise de la chaleur pour produire du mouvement. Deux siècles plus tard, la partie s'est jouée comme il l'a anticipé. Mais nous savons aujourd'hui qu'elle ne peut pas continuer ainsi. La brutalité des effets du réchauffement climatique dû au dioxyde de carbone relâché dans l'atmosphère est là comme un sous-produit inévitable de cet immense feu planétaire. Le programme de Sadi Carnot établi il y a 200 ans n'est plus un avenir possible pour l'humanité.

L'énergie conditionne tout

Les lignes écrites par Sadi Carnot se fondaient sur une vision scientifique et rationnelle du futur de son temps. Aujourd'hui on pourrait l'imaginer cherchant avec nous une autre voie. Sa vision serait certainement construite sur les remarques suivantes :

les connaissances scientifiques fondamentales fondées expérimentalement ne se négocient pas,
leur utilisation rationnelle est nécessaire comme l'ont montré la variété des réponses et leur différence d'efficacité dans la crise sanitaire en cours,
il y a en conséquence des observations et des prévisions comme celles associées au réchauffement climatique qui sont aussi objectives et robustes que désagréables.

Il ne s'arrêterait probablement pas là. Il a été un des chercheurs, qui ont fait émerger un nouveau paradigme pour le futur de l'humanité. On peut penser qu'il se situerait à nouveau à cette hauteur dans la réflexion :

« C'est à la chaleur que doivent être attribués les grands mouvements qui frappent nos regards sur la terre ; c'est à elle que sont dues les agitations de l'atmosphère, l'ascension des nuages, la chute des pluies et des autres météores, les courants d'eau qui sillonnent la surface du globe et dont l'homme est parvenu à employer pour son usage une faible partie. »

Cette première phrase de son livre nous semble aujourd'hui évidente. L'était-elle aussi de son temps ? Je ne sais pas vraiment. Il souligne d'une part l'importance des mouvements naturels dus à la chaleur, induits par le rayonnement solaire qui frappe la Terre et d'autre part que nous n'accédons qu'à une faible partie de ces énergies, dites aujourd'hui renouvelables. Ça, ça reste vrai.

Cet article veut s'inscrire dans la transformation de l'université à laquelle nous appelle le climatologue Jean Jouzel :

Joel Chevrier does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.

Apprendre à l'ère du numérique : penser et faire à nouveau réunis

Joel Chevrier, professeur de physique, Université Grenoble Alpes — 2017-04-04T17:17:32Z

Un « makerspace ». Slub Presse 2015/Wikipedia, CC BY-SA

Comment peut-on reconstruire le lien entre « faire » et « penser » au cœur du monde qui vient ? Pour un enseignant, qui se réjouit d'être aussi, et de plus en plus, un mentor, c'est à dire celui qui accompagne et guide, bienveillant, par son expérience, c'est un programme exaltant.

Reconstruire le lien intime entre « faire » et « penser »

Êtes-vous un manuel ? La séparation radicale, issue de la révolution industrielle, entre « cols bleus » en bas, ceux qui font, travaillent la matière et exécutent, et « cols blancs » en haut, ceux qui pensent, décident et ordonnent, devient toujours plus artificielle même si elles fondent toujours pour une large part notre système de diplômes.

Certains qui se pensent « cols blancs », devraient toutefois aujourd'hui y regarder à deux fois. La pensée qui ne fait que reproduire et le tableur sur écran ne mettent certes pas du côté du travail manuel, mais de là à dire qu'ils mettent du côté de ceux qui pensent, décident et ordonnent… Une certitude par contre, ce nouvel exécutant « col blanc » est séparé du monde réel par un écran qui est son nouveau monde.

En fait, la distinction fondée sur la séparation entre « faire » et « penser » ne paraît même plus une grille de lecture pratique à défaut d'être justifiée, qui permet d'aborder l'évolution future des compétences et des métiers à l'âge du monde numérisé. C'est ce que rappelle et développe Matthew Crawford dans son livre intitulé en français, Éloge du Carburateur.

Dans la vidéo suivante, on voit Manu Prakash, chercheur à Stanford, qui présente sa centrifugeuse en papier, inspirée par le mouvement d'une toupie.

À mes yeux, c'est époustouflant. Mais la capacité d'un chercheur comme Manu Prakash à créer des objets à partir de pratiquement rien n'est pas fondée sur son seul génie. Il est bien sûr fascinant parce qu'il produit de l'information utilisable, transférable et multipliable, pour transformer le réel n'importe où avec un minimum de ressources. Quelle créativité dans cette action sur le réel ! Mais c'est certainement d'abord un état d'esprit, une émulation dans un environnement favorable, positif et stimulant.

Serait-ce une façon de définir des écoles de demain ? La créativité s'appuie chez lui sur une formation en sciences expérimentales de très haut niveau. Comme professeur de physique, j'en suis profondément heureux. Et puis, analyser sa centrifugeuse en papier en revenant à la physique de base m'est un bonheur. Accumuler l'énergie liée à l'action répétée, au travail périodique des mains sans la perdre dans les frottements, c'est bien joué. Simple et de bon goût. Pour un physicien, c'est du petit lait.

Ce que l'on voit ici rejoint le programme du cours FabLab Jam Session que nous développons à l'Université Grenoble Alpes avec le centre de culture scientifique technique et industrielle La Casemate, organisateur de la Maker Faire Grenoble en mars 2017. C'est aussi celui du cours « Learning by doing », du Master Edtech au CRI Paris où j'enseigne.

Le livre de Matthew B. Crawford. Éditions la Découverte

Expérience du réel

Ce qui compte ici, c'est l'alliance de l'expérience du réel et de sa complexité avec l'accès facile à l'information. Quel que soit le projet, l'objectif premier n'est pas le projet lui-même mais la construction de sa propre capacité à lire une situation réelle et à agir sur elle au-delà d'une approche systématique et prévisible, au-delà de méthodes préfabriquées apprises et répétées à l'identique, au-delà de ces méthodes que des robots mettront en œuvre sans nous.

On voit avec Manu Prakash combien associer une créativité joyeuse, une connaissance scientifique de haut niveau et un réel talent d'expérimentateur est ici fécond et fascinant. On dira avec raison que c'est bien le moins que l'on peut attendre ici tant la formation du chercheur, comme celle de ses collaborateurs, est d'un niveau scientifique élevé. Manu Prakash est un pionnier, mais passer par la science n'est qu'une des modalités de mise en œuvre de ce si joli programme.

Intelligence collective

Il faut reconnaître qu'échapper ainsi à la concurrence des systèmes artificiels intelligents en s'inscrivant dans cette démarche paraît ambitieux et plutôt difficile. C'est la sortie par le haut. C'est clairement une véritable rupture qu'on ne distingue aujourd'hui que dans chez les précurseurs que sont les Makers par exemple.

S'il y a bien une certitude, c'est celle-là : l'humanité n'a pas connu une évolution biologique dans les dernières décennies qui aurait fait progresser radicalement notre intelligence individuelle et qui serait le moteur de la métamorphose du monde en cours.

La révolution d'une ampleur invraisemblable dans cette même période est bien celle des machines qui accèdent à l'information, deviennent ses véhicules et transforment l'humanité en profondeur. En fait, elles conduisent d'abord à la découpler du réel.

Elles sont alors les tambours des faits alternatifs, et de la post-vérité. Il apparaît particulièrement difficile de construire son expérience du réel à l'ère du numérique. En l'absence d'accompagnement pédagogique pour organiser ce bain d'information, pour le structurer et en faire de la connaissance, c'est bien ce qui se produit : le réel ne passe pas la barrière des écrans.

Permettre au réel de passer la barrière des écrans. Rawpixel/Flickr

Au contraire, comme le montrent nombre de précurseurs, nous avons la possibilité d'utiliser ces systèmes artificiels de traitement de l'information pour mettre en route notre intelligence collective comme jamais, dans le but d'agir et de transformer le monde réel avec nos têtes et nos mains, pour revenir au réel. Il s'agit donc d'accompagner la construction de notre habileté manuelle, de notre capacité à apprécier, à diagnostiquer, en partant de cette connaissance disponible partout et des échanges faciles par delà les distances, pour modifier notre environnement, pour ajouter au réel, pour réparer. Cela concerne alors toutes les formes de connaissances et d'expertises que l'on soit plombier, médecin ou scientifique…

L'intelligence est dans le « faire »

Joel Chevrier, professeur de physique, Université Grenoble Alpes — 2017-03-02T09:00:32Z

Des images observées grâce au « Foldscope » Cybulski J, Clements J, Prakash M/Wikimédia , CC BY-SA

Connaissez-vous Manu Prakash ?

Le « Foldscope », ou microscope optique en papier à 50 cents, et la centrifugeuse médicale en papier (« paperfuge ») à 20 cents, voilà ce que l'on trouve rapidement en cherchant qui est Manu Prakash sur Google News.

Chercheur à l'Université de Stanford, il propose des solutions inattendues, simples et pratiques pour se confronter sans moyens particuliers à des enjeux de santé comme l'observation des parasites dans l'eau ou la centrifugation du sang. On peut mettre facilement en œuvre ces idées, n'importe où et pour des budgets dérisoires. Toute l'information est disponible en ligne. Sans surprise, c'est un carton sur le net ! Manu Prakash nous bluffe avec chacune de ses créations par leur évidence. Une fois qu'on a vu ce qu'il fait, on a aussi envie de le faire… et on peut.

Et pourtant je serais très (heureusement) surpris que ces propositions fassent l'objet d'une réelle diffusion de masse, qu'elles aient l'immense impact que l'on pourrait souhaiter. Le Foldscope ne me semble pas depuis sa naissance (en 2012) avoir pris cette direction.

L'intelligence et la créativité au service du « faire »

Même si la diffusion planétaire n'est pas là aujourd'hui, elle est réellement possible. Cette simple possibilité change la donne, notamment dans notre réflexion sur l'éducation dans un monde réel où l'information, en création permanente, circule vite, massivement et gratuitement. Manu Prakash est l'une des personnes qui dessinent les contours d'un monde en émergence : une vie fortement ancrée dans le réel, et, grâce au numérique, toujours plus basée sur la créativité partagée et l'intelligence collective.

Partout, pour tous

Dans le monde de l'intelligence collective, la création d'information et sa circulation cherchent à tirer le maximum des matériaux et de l'énergie, dans une quête de frugalité. Utopique ? Faites le test, et fabriquez un Foldscope ou une centrifugeuse en papier ; mesurez le temps, les moyens et l'argent nécessaires avant d'avoir ces outils en main.

Vous commencerez par rassembler l'information grâce à votre ordinateur, votre tablette ou votre smartphone, puis entrerez en contact, par les réseaux sociaux, avec quelqu'un sur la planète qui l'a déjà fait.

Vous fabriquerez l'objet chez vous, ou mieux encore, dans un ces lieux ouverts toujours plus nombreux, où on cultive le « Do It Yourself », FabLab ou MakerSpace, près de chez vous. Auriez-vous pu faire tout cela il y a seulement 10 ans ?

Tirer le maximum des technologies de l'information

Au prix d'une énorme quantité de matériaux, d'énergie, d'intelligence et de travail, nous avons déjà fait une partie essentielle de l'investissement nécessaire à cette présence immédiate et ubiquitaire de l'information et à sa circulation.

Depuis que l'humanité existe et produit des objets, on n'a jamais vu une croissance équivalente. Une surcouche globale d'intelligence artificielle toujours plus complexe, toujours plus présente, toujours plus rapide, toujours plus efficace se met en place, qui peut changer radicalement notre relation au réel et aux objets.

Comme Manu Prakash nous y invite, il s'agit de l'utiliser pour créer, produire et réparer nous même nos objets en générant le maximum d'information, en la faisant circuler et en utilisant le minimum d'énergie et de matériaux.

Il y a là un paradoxe : d'une part, notre monde va irrémédiablement vers la ressource rare, la frugalité. D'autre part, nous investissons en permanence dans cet équipement mondial, coûteux et massif, qui permet de produire et de mettre en circulation l'information.

Ce que propose Manu Prakashn c'est de penser avec toujours plus d'exigence une meilleure utilisation de ces ressources limitées et localisées que sont les énergies et les matériaux en mobilisant l'intelligence collective, soit toutes les connaissances et la créativité possibles.

Au delà du « DIY » : penser et faire ensemble !

Manu Prakash nous surprend aussi quand il montre comment il suffit de revenir au microscope originel pour faire un microscope nouveau, simple et économique, mais performant. Son microscope, c'est en fait celui créé au XVIIᵉ siècle par Antoni Van Leeuwenhoek.

En partant de l'optique géométrique, de la réfraction des rayons lumineux, il a ajouté une LED blanche, une pile et s'est appuyé sur des technologies issues du numérique de plus en plus répandues pour le concevoir.

Anthonie van Leeuwenhoek, l'inventeur du microscope. Wikimédia

Il fait ainsi émerger des objets élémentaires, solutions à des questions bien réelles. Il s'agit, lors de la création, de la fabrication ou de la réparation de nouveaux objets, de (ré)utiliser le minimum de matériaux et d'énergie en mobilisant le maximum d'information. On y parvient en pensant et en faisant soi-même, ici et maintenant, tout en collaborant avec d'autres qui peuvent être n'importe où.

Contrairement aux matériaux et à l'énergie, l'information peut être disséminée à grande vitesse et gratuitement tout en se multipliant, en s'enrichissant comme en témoignent les innombrables tutoriels sur YouTube et ailleurs.

En résumé : on produit avec le minimum, on apprend les uns des autres et on fait mieux au prochain coup en profitant de la bonne idée qui a émergé de ces échanges. Pour un enseignant-chercheur en physique, il y a pire programme…

Joel Chevrier a reçu des financements de Agence Nationale de la Recherche pour le projet Sciences, Design et Société : la fabrique des mondes contemporains