Dossier : Images en lecture

Les visages de l'ADN

Julien Cartier, professeur de SVT lycée Carnot, Cannes

Depuis le XVe siècle, les sciences de la nature ont toujours ménagé une large place aux images. Réflexions sur l'utilisation pédagogique de l'image en SVT.

Des cabinets de curiosités aux Muséums, des leçons de choses aux cours de sciences expérimentales, on observe et on manipule presque autant les objets naturels que leurs images. Bien sûr, leur nature a évolué au cours du temps. La vidéographie, la microscopie électronique ou encore les images de synthèse, font désormais concurrence aux dessins d'observations, aux schémas et aux croquis1. Toutes, cependant, ont continûment été partagées entre deux exigences contraires : soit représenter fidèlement la réalité, celle qui se prête aux sens, comme peut le faire, par exemple, une photographie, soit représenter les concepts que la science projette sur l'objet, cette réalité parfois invisible, mais que discerne la raison. Le plus souvent, ces deux logiques sont étroitement mêlées, au point que, consciemment ou non, nous faisons dire à ces images plus que ce qu'elles montrent.

C'est aussi parce que ces représentations des éléments et des phénomènes naturels intègrent à la fois les concepts produits par les sciences, et les découvertes empiriques liées à l'élargissement du regard qu'autorisent les nouvelles technologies, qu'elles souffrent d'un surprenant polymorphisme et ne sauraient être immuables. Équivoques, polymorphes et variables, les images des sciences naturelles ne manquent pas de défauts propres à désorienter un élève. Ajoutons à cela que l'image reste subordonnée, chez les enseignants de science, à une certaine défiance héritée de la tradition bachelardienne . L'exemple de la molécule d'acide désoxyribonucléique (ADN) permet d'illustrer les enjeux de l'utilisation pédagogique des images en SVT.

L'image de la vérité

Support de l'hérédité, l'ADN constitue actuellement le socle du paradigme génétique. Aussi n'est-il pas surprenant de voir son nom et son image convoqués de façon compulsive par la plupart des médias. Qu'il s'agisse d'un journal télévisé ou d'une série à succès comme " Les Experts ", l'évocation de l'ADN est devenue synonyme de vérité. La culpabilité d'un suspect est avérée, car on a retrouvé des traces de son ADN sur une scène de crime. La moindre corrélation statistique entre un comportement (alcoolisme, infidélité, violence, etc.) et la présence d'un marqueur génétique se mue immédiatement en une relation de causalité incontestable. Et chacune de ces citations théâtralisées de l'ADN transforme l'exigence de démonstration en pure exhibition.

Non seulement les élèves connaissent inévitablement ces images et les investissent de représentations erronées, mais ils en sont également avides. Car à travers la répétition de ces images, le désir de comprendre s'amoindrit tandis que ne cesse de croître le besoin d'une vérité immédiate matérialisée par l'image. Dès lors, la question n'est plus de savoir s'il faut ou non enseigner la génétique en utilisant les représentations de l'ADN, mais de déterminer comment enseigner malgré elles. Pourtant, il est possible à la fois de répondre au désir d'image de l'élève et de s'y opposer, en utilisant son potentiel de séduction comme une opportunité de problématiser le regard et subséquemment de repenser le rapport à la vérité contenue dans l'image scientifique. Encore faut-il ne pas chercher en vain à se soustraire aux imperfections de cette dernière. Bien au contraire, c'est en s'y confrontant que l'on suscite réflexions et situations d'apprentissages.

L'ADN, le microscope et la caricature

Dans l'absolu, les élèves abordent assez tardivement l'étude de l'ADN2. Tout imprégnés des images spectaculaires dont ils sont coutumiers, le premier enjeu consiste à leur présenter son véritable aspect, somme toute plutôt décevant : l'ADN est un filament ! Du moins, c'est ainsi qu'il se présente lorsque l'on l'observe au microscope électronique, appareil permettant de visualiser nettement les contours de cette macromolécule. Dès lors, n'importe qui peut dessiner une molécule d'ADN, il lui suffit de tracer sur une feuille de papier une ligne parcourue d'ondulations.

Hélas, ce dessin est loin d'être fidèle à la réalité. En effet, si la reproduction graphique d'une chose nécessite bien souvent de la miniaturiser ou de l'agrandir, par exemple lorsque l'on considère une montagne ou une cellule, l'illustrateur prend soin de conserver les proportions générales. Ici, il n'en est pas question. Car, si la longueur moyenne d'une molécule d'ADN humaine avoisine 4 cm, son épaisseur, elle, ne dépasse pas 2 nm. Aussi, même en admettant que l'on parvienne à limiter l'épaisseur du trait à 0,2 mm, celui-ci serait toujours 100 000 fois trop épais. Il est par conséquent impossible de respecter les proportions entre la longueur et l'épaisseur du filament, à moins de tracer une ligne de... 400 000 cm ! Quant à l'électronographie, elle ne montre distinctement qu'un infime fragment d'une molécule d'ADN. Voilà donc un modèle contraignant, un modèle qui ne se laisse figurer en entier qu'à la condition d'être caricaturé, ou bien impose à notre regard un cadre minuscule. De surcroît, cette image ne nous apprend rien sur la fonction biologique de l'ADN.

Les mots sur l'ADN

C'est en 1944 qu'Erwin Schrödinger propose qu'il existe un " plan " pour chaque organisme, plan dont l'expression préside à la construction de tout nouvel être vivant3. L'idée est séduisante et conduit les biologistes à rechercher quelle molécule serait susceptible de porter, ou plus précisément de coder les milliers d'informations nécessaires à l'édification d'un individu. Quelques années plus tard, l'ADN est identifié comme le support du plan. Seulement voilà, autant on imagine fort bien comment peuvent être écrites les instructions de montage sur un plan d'architecte, autant on voit mal comment la ligne apparue sur la microphotographie électronique parvient à consigner des informations. Fort de ce problème, l'élève est amené à s'interroger sur la nature de ce qu'il nomme un langage. Il en vient vite à définir une information comme une séquence de signes, c'est-à-dire comme une suite ordonnée d'un nombre précis d'éléments de nature variable : sons, lettres, gestes ou... atomes. Ne reste plus ensuite qu'à rechercher dans la formule chimique de l'ADN l'indice d'un langage moléculaire. On passe alors d'une image minimaliste, une ligne sur un plan, à une formule d'une impressionnante complexité (fig.1).

Figure 1. Formule chimique semi-développée d'un fragment d'environ 7 nm d'une molécule d'ADN.

Non pas seulement en raison du nombre des atomes qu'elle représente, mais parce que sa construction et sa lecture reposent sur des règles inconnues des élèves. En premier lieu, une formule chimique n'articule pas des atomes, mais des symboles4. Toutes les connaissances accumulées sur un élément chimique, réduites et condensées dans une simple lettre majuscule ! Symboliser ce n'est donc pas simplifier. Symboliser, c'est figurer le concept ou l'idée (le signifié) contenu dans une entité physique (le signifiant). Allez savoir ce que projettent nos élèves sur ces symboles ? Des symboles qui ne se limitent d'ailleurs pas aux lettres puisqu'il s'agit d'une formule semi-développée. L'existence de certains atomes doit donc être déduite de l'intersection des segments.

Enfin, cette formule dénature la conformation spatiale du fragment d'ADN. Néanmoins, sa signification globale est univoque : en tant que molécule composée d'atomes, l'ADN appartient aux objets de la chimie.

Simultanément, découvrir des règles de construction simples au coeur de cette profusion de symboles, n'a de cesse de surprendre les élèves. Quelques regroupements judicieux et voilà cette terrible formule transformée en un vulgaire assemblage de briques colorées (fig. 2).

Figure 2. Reproduction de la figure1 sur laquelle les parties composées d'une même espèce chimique ont été surlignées d'une couleur identique.

L'architecture de l'ADN se résume finalement à deux chaînes de nucléotides associées l'une à l'autre de sorte qu'un nucléotide à adénine corresponde toujours à un nucléotide à thymine et un nucléotide à cytosine à un nucléotide à guanine. L'ordre des nucléotides dépend, lui, de la portion considérée, ce qui incite à définir une information génétique (ou gène) comme une séquence de nucléotides. Bien que cette représentation en briques colorées soit parfaitement opératoire et permette d'écrire rapidement une séquence nucléotidique, on lui préfère une symbolisation alphabétique5. Chaque nucléotide se trouve donc symbolisé par une lettre majuscule correspondant à la partie variable de sa formule chimique : A, C, G et T (fig. 3).

Figure 3. Notation conventionnelle d'un fragment d'une molécule d'ADN.

L'heure des choix

Cette notation conventionnelle combine symbolisation et simplification6. Symbolisation puisqu'on l'a dit chaque lettre est un symbole qui masque une multitude d'objets. Simplification, car aucune information génétique ne repose sur de si courtes séquences et que les deux chaînes de nucléotides sont en réalité enroulées l'une autour de l'autre, formant la célèbre double hélice. Pourtant, il y a là une opération aussi utile que nécessaire. J'ai coutume de comparer ce travail à celui d'un dessinateur de presse. Lorsque ce dernier représente un sujet, il est contraint de simplifier sa physionomie. Ce faisant, il abandonne consciemment de nombreux caractères mais, dans un même mouvement, en met d'autres en exergue.

De la même façon, il n'est pas indispensable de figurer des centaines de nucléotides pour faire comprendre à quelqu'un la nature du langage génétique. Certes, on sacrifie alors plusieurs informations (taille de la séquence, nature moléculaire, etc.), mais est-il nécessaire de recourir à une image pour mentionner ces données ? On doit accepter qu'une image, aussi remarquable soit-elle, ne puisse renfermer tous les attributs de son modèle. En vérité, l'important n'est pas de savoir ce que l'on perd, c'est là une question secondaire, l'important c'est de savoir ce que l'on veut montrer7.

Par exemple, en classe de 2 de, on cherche à expliquer comment une molécule d'ADN peut coder des informations. À cette fin, l'exposition détaillée de sa structure moléculaire (acides phosphoriques, désoxyriboses, bases azotées)8 ou encore l'évocation de sa configuration tridimensionnelle en double hélice, n'ont aucun intérêt. L'importance accordée à ce dernier caractère tient uniquement au fait qu'historiquement, c'est lui qui permit de découvrir la structure de l'ADN. Mais, les deux chaînes pourraient tout aussi bien adopter la plus parfaite rectitude, cela ne changerait rien à la fonction de cette molécule. Si à chaque représentation de l'ADN on s'attachait à mentionner graphiquement, sa taille, sa structure, sa couleur, sa localisation nucléaire, ses interactions avec l'environnement cellulaire, et toutes les autres connaissances dont on dispose à son sujet, il faudrait des heures et des pages entières pour un résultat aussi inopérant sur le plan fonctionnel qu'inexploitable sur le plan notionnel. La pauvreté d'une image est donc consubstantielle à son opérabilité. Sa richesse ne réside pas dans son contenu graphique, mais dans sa capacité à accueillir et à articuler avec succès nos connaissances.

L'interférence des images

Par ailleurs, chaque caractère ou processus appelle une mention graphique particulière. Ainsi, la notation conventionnelle est appropriée, lorsqu'il s'agit de traiter le codage ou l'expression de l'information génétique. Mais, puisque pour ce faire elle doit figurer les nucléotides, elle se trouve inféodée à une échelle d'observation minuscule. Subséquemment, chaque fois que l'on manipule dans nos concepts l'ensemble de la molécule d'ADN, cette représentation devient impropre. On lui préfère alors l'image du filament d'ADN, certes disproportionnée, mais apte à figurer la molécule toute entière.

L'ADN-filament permet, par exemple, d'illustrer le fait que deux molécules d'ADN ne portent pas les mêmes gènes, sauf si elles sont homologues et que, dans ce cas, elles ne portent pas nécessairement la même version (ou allèle) de chaque gène. Un simple trait muni de quelques cadres dont la couleur indique l'identité ou l'homologie, voilà qui suffit à exprimer ces notions (fig. 4).

Figure 4. Chaque cadre représente un gène. Si les molécules d'ADN portent les mêmes allèles,les cadres présentent une même teinte.

C'est encore cette image que l'on mobilise lorsque l'on considère la condensation de l'ADN en chromosome (fig. 5)9.

Figure 5. Schéma fonctionnel de la condensation en chromosome d'une molécule d'ADN dupliquée.

Mais cette représentation aussi a ses limites. Ainsi, lorsque l'on cherche à expliquer le mode semi-conservatif de la réplication d'une molécule d'ADN, il est impératif de figurer les deux chaînes de nucléotides de chaque molécule (fig. 6)10.

Figure 6. Schéma fonctionnel de la réplication d'une molécule d'ADN (centromère non représenté).

Hélas, l'image de l'ADN double-brin entre en résonance avec celle de l'ADN-filament. L'une comme l'autre consistant en des traits parallèles, leurs seules différences résident dans le degré d'écartement des segments et dans la signification du code couleur utilisé, deux paramètres que les élèves sont loin de respecter scrupuleusement. Il en résulte inévitablement une certaine confusion.

La représentation du chromosome sous la forme de deux bâtonnets associés pose un autre problème. Il faut savoir que l'ADN est une substance aisément colorable. Par conséquent, l'observation d'une cellule en division à l'aide d'un microscope optique montre nettement des chromosomes... rayés ! En effet, l'intensité de la coloration dépend du degré de condensation de l'ADN, lequel n'est pas le même sur l'ensemble du chromosome. Bien involontairement, l'aspect naturel de l'objet rejoint ici son image schématique (fig.5). Seulement voilà, les bandes de coloration ne correspondent nullement à l'emplacement (ou locus) des gènes.

La conception de l'image

Notation conventionnelle, filament simple ou double-brin, bâtonnets, microphotographie de chromosomes ou d'une molécule d'ADN, ce foisonnement d'images reflète l'étendue de notre savoir sur cet objet naturel. Il masque aussi notre ignorance. Arrivés en terminale, la plupart des élèves ne différencient pas l'image de la réalité. Ils ne conçoivent pas que ces représentations soient bornées par nos connaissances, ni que leur opérabilité repose sur un volontaire appauvrissement.

Mais cette confusion résulte davantage d'un emploi maladroit des images que des images elles-mêmes. Or, cette faiblesse en incombe à l'enseignant qui confond l'image comme fin et l'image comme support. L'image comme fin, c'est le schéma de la molécule d'ADN donné, immédiat, et signifiant pour lui-même, c'est-à-dire le schéma en tant que vérité scientifique à mémoriser et, dans un même mouvement, à conceptualiser. Autrement dit, l'image-concept présentée comme marchepied vers le concept ! L'image comme fin, c'est l'image que l'on apprend par coeur, puis que l'on s'empresse d'oublier et, avec elle, le concept supposé s'y trouver. Dans le meilleur des cas, l'image subsiste, mais vidée de son sens premier et repeuplée par les lieux communs et les apparences.

Ainsi, le quidam ordinaire connaît bien souvent la notation conventionnelle de la molécule d'ADN, sans pour autant savoir expliquer le codage de l'information génétique. Ce type d'image devient un signe de science, celui que l'on convoque pour faire savant dans les reportages ou les séries télévisées. Voilà sans doute pourquoi bon nombre d'élèves s'abstiennent de légender leurs schématisations, persuadés que l'image ainsi restituée est vraie en elle-même.

Afin d'éviter cet écueil, il convient de concevoir l'image comme un support. Un outil pédagogique qui autorise et accompagne l'effort d'abstraction en matérialisant le concept. Cette image-là ne se donne pas, elle se construit, pas à pas, se transformant à chaque questionnement jusqu'à constituer un instrument exploitable. Loin de se substituer à la démarche expérimentale, elle y prend donc naissance, traduisant les résultats expérimentaux et les problématisations successives. Sa construction invite à la pluridisciplinarité, sollicitant l'éclairage de la chimie, des arts plastiques, de la sémiologie, de la linguistique ou encore de la philosophie. Elle se manifeste comme une alternative à d'autres moyens d'abstraction, jamais comme une solution unique et incontournable. Elle assume ses limites : son caractère parcellaire, sa capacité à n'exprimer qu'un nombre restreint de phénomènes ou d'idées, sa ressemblance trompeuse avec d'autres représentations, et sa vocation à évoluer au gré des découvertes scientifiques. Enfin, elle revendique son statut d'image, veillant à se démarquer de son modèle.

Conclusion

Les élèves réclament des images pour comprendre. Encore faut-il entendre que ce qu'ils demandent ce n'est pas l'image elle-même, mais la vérité qu'ils croient pouvoir y trouver. L'image qu'il faut leur refuser, c'est justement cette fausse image du vrai. On enseignera, au contraire, que l'image en soi ne permet jamais de comprendre, car elle est vide de vérité. Que si l'on comprend à l'aide d'une image, c'est parce qu'on a pris le temps de la construire non pas en la dessinant, mais en l'emplissant des vérités qui se trouvaient d'abord en nous. L'apprentissage par l'image ne doit donc pas contraindre le regard.

Il doit seulement enseigner qu'un même objet peut revêtir plusieurs visages : celui qu'il forme dans notre esprit sous l'action du regard et ceux façonnés dans la glaise du savoir par les rouages de la pensée.

(1) Sicard M., La Fabrique du regard, Odile Jacob, 1998.

(2) L'ADN est au programme des classes de 3e, de 2de et en section scientifique. En première littéraire et en première économique et sociale, son étude est fonction du thème traité par l'enseignant au choix.

(3) Pichot A., Histoire de la notion de gène, Flammarion, 1999.

(4) Dagognet F., Tableaux et langages de la chimie, Seuil, 1969.

(5) Jacobi D., Textes et images de la vulgarisation scientifique, éd. Peter Lang, 1987.

(6) Deux opérations à ne pas confondre. L'image simplifiée d'une chose demeure toujours figurative, ce qui n'est pas le cas du symbole.

(7) McCloud S., L'Art invisible, éd. Vertige Graphic,1999.

(8) Un nucléotide est formé par l'association d'un acide phosphorique, d'un désoxyribose et d'une base azotée.

(9) Rappelons qu'un chromosome n'est rien de plus qu'une pelote d'ADN.

(10) Ce travail repose sur l'analyse des expériences historiques de Meselson et Stahl en classe de 1re S.

Argos, n°46, page 16 (06/2010)
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