Dossier : Lecture et culture scientifique

Lecture d'images dans les manuels scolaires

Philippe Guillon, philippe.guillon1@ac-versailles.fr

Les indices visuels pris en compte lors d'une lecture d'images d'anticorps proposées dans les manuels scolaires varient selon le niveau d'expertise des lecteurs mais aussi selon le projet pédagogique.

Les sciences de la vie et de la Terre utilisent actuellement une grande diversité d'images. Les techniques d'obtention, de diffusion, d'animation, de transformation des images ont en effet beaucoup évolué et les manuels scolaires se sont enrichis en " images " au cours des années.

L'iconographie des manuels est très riche et déborde sans doute largement les besoins de supports illustratifs et explicatifs. Le statut de ces images en tant qu'objets de connaissance, supports de connaissance, aides à la modélisation, outils de simulation, outils de communication ou autre fonction est parfois ambigu pour les élèves, mais aussi peut-être pour les enseignants. Ces images sont souvent issues de travaux de recherche et ont parfois subi des transformations pour les adapter aux objectifs scolaires et en faire un support didactique.

Nous nous sommes en particulier intéressés aux " images " associées au concept d'anticorps, qui relève des programmes de troisième et de terminale, en cherchant à savoir quelles en sont les lectures par les experts, les enseignants et les élèves. Notons que le B.O. stipule, dans la partie Exemples d'activités : " Re (Réaliser) : manipulation de maquettes afin de matérialiser la spécificité des anticorps et de mettre en évidence la formation des complexes antigène/anticorps " ; le document d'accompagnement du programme précise que " toute explication au niveau moléculaire est exclue ".

Le mécanisme clé/serrure

Le mécanisme clé-serrure est associé au concept d'anticorps dans une visée explicative. Deux noms sont associés à ce mécanisme, celui de Ehrlich, " le biologiste ", et sa théorie des chaînes latérales (1885), avec sa célèbre " bande dessinée immunologique " de 1901, et celui de Fischer, " le chimiste ". C'est Fischer le premier qui va utiliser le terme clé/serrure, lors d'une étude sur les enzymes. De ses expériences, il tire une conclusion : " [...] pour utiliser une image, je dirais que l'enzyme et le glycoside doivent s'adapter l'une à l'autre comme une clé à une serrure pour pouvoir effectuer une action chimique l'une sur l'autre [...] ". Cette idée d'" adaptation chimique " se trouve facilement transportée au domaine immunologique lors de la rencontre des travaux de ces deux chercheurs, en 1897.

En effet, la théorie des chaînes latérales est exposée, cette fois, dans le langage chimique de Fischer : " Mon hypothèse est que la faculté de se combiner avec l'antitoxine est liée à la présence, dans le complexe toxique, d'un groupement atomique spécifique qui montre une affinité spécifique maximale pour un groupe d'atomes déterminé du complexe antitoxique, le premier s'adaptant facilement au deuxième comme une clé dans une serrure, selon une comparaison connue due à Emil Fischer.1"

La théorie des chaînes latérales d'Ehrlich va donner naissance à une série de quatre dessins illustrant sa théorie.

Déjà, en 1902, Ernst2 disait de ces figures qu'elles étaient " familières à la plupart des gens qui s'intéressent à l'immunité, mais pouvaient en même temps égarer le débutant ". Comme le rappelle Moulin3, les dessins d'Ehrlich ont " insidieusement façonné l'imaginaire des chercheurs, comme l'image clé/serrure hante encore le discours des biochimistes ". Actuellement les images, issues de techniques de laboratoire très élaborées, sont beaucoup plus riches en couleurs et en détails, au risque de perdre le repérage de cet emboitement qui est supposé expliquer le phénomène d'anticorps, comme le montre l'image A (ci-après), tirée d'un manuel de troisième4.

Nous avons recueilli les images d'anticorps de cinq manuels scolaires de troisième et nous les avons montrées à des experts : un professeur spécialisé en modélisation moléculaire (Emm), un maitre de conférences en immunologie (Eimm), un maitre de conférences en biochimie (Ebio). Nous avons ensuite réalisé une enquête auprès d'enseignants et d'élèves de troisième. Nous prendrons l'exemple de l'image A associée au schéma B5 (ci-dessous) pour présenter ces différentes lectures.

Que lit un spécialiste? Quel apport envisage t-il pour les élèves ?

Deux des experts, Emm et Ebio, s'accordent pour faire de l'image A la même lecture du point de vue " technique ", à savoir qu'il s'agit d'" une image de densité électronique " où est représenté " le nuage électronique de la molécule ". Le troisième expert, Eimm, reconnait ne pas savoir comment cette image A à été obtenue. En revanche, et sans hésitation, il reconnait un anticorps : " On le reconnait... bon moi, je le reconnais, quelles que soient les représentations, c'est évident qu'on les reconnait, les anticorps, mais c'est vraiment très éloigné des images qu'on peut utiliser pour montrer ce qu'est une molécule, quelle qu'elle soit... " ; ou encore, " Effectivement on a l'impression que c'est une immunoglobuline parce qu'on voit la forme en Y ". Pour Ebio, " c'est une surface moléculaire qui est représentée avec un antigène et un anticorps. Je pense qu'en jaune, ici, c'est la zone d'interaction. C'est l'interface entre les deux. " Ce qu'il lit d'abord, c'est une surface moléculaire, l'anticorps n'étant qu'une partie secondaire.

Image A

Interrogés sur le rôle que ces images peuvent avoir dans un cours sur l'immunologie en classe de 3e, ils donnent leur avis en commentant l'image. Il leur semble que le but de l'image A est de montrer la zone de fixation anticorps/antigène et leur complémentarité mais, comme le dit Eimm : " Cette figure-là (A) n'est pas du tout didactique parce qu'elle est très éloignée de ce que peuvent comprendre des étudiants, enfin des élèves de 3e, de cet âge-là... On a l'impression qu'elle est transparente, chose qui n'est absolument pas vraie. Donc je crois que c'est une très mauvaise image pour représenter ce qu'est un anticorps pour un élève. " Ebio, par contre, pense que : " ce qui est important c'est qu'ils voient un objet avec une certaine forme et avec un certain encombrement... ". Pour Eimm, " [...] elle n'apporte pas beaucoup plus que le schéma (B) parce que... à ce niveau-là, c'est normal... on ne distingue pas vraiment les différents éléments de la molécule et ce qui doit être le message - qui est la complémentarité entre le site de fixation de l'anticorps et l'antigène - c'est absolument pas évident ; donc en soi c'est joli, mais ça n'apporte rien ".

Schéma B

Ainsi, pour ces experts, l'image A " moderne " n'apporte rien de plus, en ce qui concerne le mécanisme clé/serrure, que le schéma B, dont ils précisent les apports et les limites. Pour Eimm, cette image B " c'est l'image standard en Y d'un anticorps, [...] elle représente bien effectivement la topologie globale en Y, avec ses deux bras et ses deux sites d'accrochage de l'antigène ; ça schématise bien ceci. Sauf qu'à l'évidence, elle est déformée. La queue est beaucoup trop longue mais bon, ça c'est pas très grave ". Pour Eimm : " Donc il y a le schéma d'une immunoglobuline et, fixé sur un des sites, un antigène. Alors ce qui est déjà caractéristique, c'est que sur tous les schémas, alors que l'immunoglobuline a deux sites équivalents, il n'y a toujours qu'un antigène de fixé [...] ; sur tous les schémas c'est pareil et on peut remarquer aussi, sur ce schéma-là, les proportions du Y, sur la partie schéma [B], ne sont pas du tout [...] bien rendues. " Si, pour lui, les proportions ne sont pas respectées, les sites de fixations sont très clairement identifiables.

Pour Ebio, " Là le schéma est quand même un peu simpliste [...], là on voit bien qu'il y a deux sites de fixation de l'antigène mais alors sur la structure de l'anticorps lui-même, ça n'apporte strictement rien, rien du tout. " Bien que le schéma B soit " simpliste ", il montre la forme globale d'un anticorps - il est vrai qu'il s'agit d'un anticorps particulier - et également les zones où l'antigène doit se fixer. Il semble a priori être suffisant pour répondre aux instructions du B.O.

Quelle analyse en font les enseignants ?

Pour l'ensemble A + B ci-dessus, les enseignants de collège (P) n'utilisent que le schéma B, sauf P3 qui utilise l'image A. L'enseignant P1 met en évidence la complémentarité en utilisant le système clé/serrure classique évoqué précédemment :

I : - Que représente cette image ?

P1 : - Un anticorps avec sa forme typique en Y ; je vois deux sites en forme de triangle rentré, on voit un antigène de forme complémentaire, fixé à ce niveau-là.

I : - En classe, qu'est ce que cette image vous permet de mettre en évidence ?

P1 : - Je mets en évidence les formes complémentaires. Je parle souvent de la serrure et de la clé qui s'adapte dedans pour illustrer ça. Si on met une clé différente, ça ne marche pas, donc... je parle essentiellement de la forme. Des formes complémentaires.

I : - Et la forme générale ?

P1 : - La forme générale de l'anticorps ?

I : - Oui.

P1 : - Non, je dis que les anticorps ont cette forme-là.

I : - D'après vous, qu'est-ce que les élèves retiennent de cette image ?

P1 : - J'espère qu'ils retiennent que l'antigène, à la suite de cela, est neutralisé et qu'il pourra être éliminé par l'organisme.

La préoccupation de P2 est de mettre en évidence la complémentarité antigène/anticorps. Il s'agit ici d'une complémentarité géométrique, limitée à une zone précise de l'anticorps, le reste de l'anticorps étant passé sous silence - d'ailleurs peu importe la forme, un bâton fait l'affaire.

P2 : - Je l'utilise beaucoup, je la dessine moi-même d'ailleurs, je ne leur donne pas. C'est moi qui la dessine au tableau et puis je leur explique ce que ça veut dire. Au départ, quand je commence, je ne fais même pas un Y, je fais un bâton, parce que ce qui m'intéresse dans cette image, ce n'est pas la structure moléculaire de l'anticorps, c'est le site et la complémentarité antigène/anticorps. C'est dans ce but-là que je prends ça. En fait, ce que je fais, je leur donne un anticorps, avec un site pointu, je leur fais un deuxième anticorps avec un site rond, un troisième anticorps avec un site carré, et puis je leur donne des petits antigènes qui ont la base triangulaire, la base carrée, la base ronde et je demande lequel va avec lequel. Voilà comment j'utilise cette image-là.

Plus loin dans l'entretien, P2 explique qu'il schématise l'anticorps comme un Y car " c'est comme cela qu'il est dans les livres ". On comprend alors bien pourquoi l'image A n'est pas utilisée.

L'enseignant P3 tient un discours un peu différent. Il semble interpréter cette image A avec son savoir universitaire. L'antigène n'est pas évoqué en termes de forme mais en termes de couleur. Si nous poursuivons le raisonnement, on peut penser qu'un antigène, bleu par exemple, peut se fixer sur l'anticorps mais sur une zone différente, par exemple sur le " pied ".

I : - Que veut mettre en évidence cette image ?

P3 : - Pour moi, elle met en évidence la liaison, la zone où se lie un antigène sur un anticorps, avec la forme de l'anticorps en même temps.

I : - Et vous, que mettez-vous en évidence avec cette image ?

P3 : - Que l'anticorps se fixe sur l'antigène pas n'importe où et que la zone représentée en jaune, même si on ne le voit pas, c'est la couleur qui l'indique, c'est une zone qui est spécifique ; ce qui veut dire que si on avait par exemple un antigène différent représenté en bleu, il ne pourrait pas se fixer au même endroit sur l'anticorps.

I : - Qu'est ce que, d'après vous, les élèves retiennent de cette image ?

P3 : - J'espère qu'ils retiennent pourquoi on représente les anticorps en Y, donc vaguement l'idée de la forme de l'anticorps, la notion de spécificité et... c'est ce que j'attends.

Contrairement aux experts, les enseignants ne font aucune remarque sur les proportions des branches et de la queue du Y de l'anticorps représenté. Le plus important, pour les enseignants, n'est pas la forme de la molécule mais plutôt les zones particulières que sont les zones d'accrochage de l'antigène.

Qu'en retiennent les élèves ?

L'ensemble A + B a été présenté à des élèves de collège et de lycée, après le cours sur l'immunologie par les enseignants P. On peut donc penser que ces images leurs étaient, sinon familières, au moins connues ; ne leur sont présentées que les images que leur professeur dit avoir utilisées, donc ici, le schéma B.

Bien que le niveau de lecture de ces images par les élèves soit assez variable, aussi bien en décodage qu'en interprétation, une tendance se dégage néanmoins. Les élèves semblent privilégier " la spécificité " au détriment de la forme générale de l'anticorps, comme le font les élèves E2 et E4 :

I : - Que veut te montrer cette image ?

E2 : - Que les anticorps ont une forme qui s'adapte selon l'antigène qu'ils sont censés combattre. Autrement dit, l'espèce de patte qu'ils ont va changer selon l'antigène qu'ils sont censés paralyser ; donc si une nouvelle maladie débarque dans le corps, les anticorps actuellement présents, s'ils n'ont jamais eu à faire avec cet antigène, ne pourront pas le paralyser.

I : - Peux-tu me décrire cette image ?

E4 : - C'est un anticorps avec l'antigène qu'il y a au bout ; un site d'accrochage spécifique d'un antigène et...

E2 tient un discours qui peut sembler ambigu ; dans un premier temps, il évoque la possibilité pour l'anticorps de changer de forme en fonction de l'antigène, puis dans un second temps, il évoque l'incapacité de fixation de l'anticorps sur l'antigène si celui-ci est " nouveau ", d'où une notion de spécificité implicite mais une interprétation contradictoire.

Quant à l'élève E1, il reconnait d'abord l'anticorps grâce à sa forme, et ensuite focalise son attention sur la spécificité, spécificité qui n'est pas limitée à une zone particulière de l'anticorps mais qui englobe " les branches ".

I : - D'après toi, pourquoi ton enseignant t'a montré cette image ?

E1 : - Pour le chapitre sur la réaction immunitaire, ça c'est un anticorps, qui...

I : - Qu'est-ce qui te permet de dire que c'est un anticorps ?

E1 : - Ben déjà, il y a la forme en Y et puis ensuite il y a des branches... les branches sont spécifiques.

L'élève E3 ne différencie pas les deux parties du schéma B, à savoir l'antigène et l'anticorps. L'antigène semble être pour lui une " sous-unité " de l'anticorps. En revanche, le rôle de protection est évoqué mais sans explication du mécanisme :

I : - Que peux-tu me dire sur cette image ?

E3 : - Déjà, c'est un antigène, composé d'anticorps, je ne saurais pas bien expliquer en fait.

I : - Qu'est-ce que veut te montrer cette image ?

E3 : - Qu'un antigène contient des anticorps, cela veut dire que... pour nous protéger.

Conclusion

Cette brève présentation fait apparaitre la diversité des indices visuels pris en compte selon le niveau d'expertise des lecteurs mais aussi, selon le projet pédagogique. Pour les élèves, certains sont en lecture globale, d'autres en lecture analytique.

Par ailleurs, la richesse iconographique est plutôt perçue comme gênante et est souvent évacuée par les enseignants, qui souhaitent se centrer sur l'explication d'un mécanisme simple du type clé /serrure. On peut alors se demander quel rôle joue cette richesse iconographique présente dans tous les manuels. Ces images sont censées être plus réalistes, mais les détails ne sont pas analysés et la fonction explicative est peut être estompée par le surplus. La complexité de ces images nécessiterait une longue explication quand à leur méthode d'obtention, hors de portée d'un collégien de 3e ; mais une confusion est alors possible entre le " matériel " et le " virtuel ".

Ces images ont probablement un rôle d'initiation à une culture scientifique, un rôle de familiarisation avec des éléments que les techniques actuelles rendent accessibles, mais aussi peut-être un rôle " spectacle " rendant la biologie attractive, et que l'on retrouve dans toutes les revues scientifiques et de vulgarisation ; c'est l'image de la biologie actuelle.

Bibliographie

  • DEBRU C. (1983), L'esprit des protéines, Hermann.
  • CALANDE G., DE BUEGER-VANDER BORGHT C. (1990), Plaisirs des sciences. Didactique des sciences et autonomie dans l'apprentissage. L'immunologie : un prétexte, De Boeck.
  • JOLY M. (1993), Introduction à l'analyse de l'image, Nathan université.
  • JACOBI D. (1999), La communication scientifique, PUG.
  • GENETET B. (2000), Histoire de l'immunologie, PUF.
  • KINDT et al. (2008), Immunologie, Dunod.

(1) E. Ehrlich (1897-1898), Die wertbemessung..., collected papers, T. II, p. 94.

(2) H. Ernst, Modern theories of bacterial immunity, Boston, 1902, p. 50.

(3) A.-M. Moulin, Le dernier langage de la médecine, PUF, 1991.

(4) Image A, photo (c) Jean-Claude Revy - ISM. Remerciements à Jean-Claude Revy pour nous avoir permis l'utilisation de cette image.

(5) Inspiré de G. Chapron, M. Charles, A. Duco, D. Grandouillet, S. Guibert, F. Schmitt, Sciences de la vie et de la Terre, 3e, Belin, coll. " André Duco ", 2003, schéma B p. 84.

Argos, n°45, page 54 (05/2009)
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