Jean Piaget – L'œuvre
Fondation Jean Piaget

Les quantités physiques

Généralités
Les problèmes de conservation physique
Classification des réponses et décalages horizontaux


Généralités

Comme l’a montré Meyerson dans ses travaux d’épistémologie historico-critique, les principes de conservation du poids, de la force, etc., constituent l’un des fondements des sciences rationnelles de la nature. Après les recherches sur l’objet permanent (JP37), celles sur le développement des quantités physiques réalisées par Piaget et Inhelder dans les années quarante apparaissent comme le prolongement de cette découverte (JP41a). Étudier la psychogenèse des principes de conservation physique permettait:
    (1) de modifier les thèses de Meyerson en leur apportant l’éclairage de la théorie mathématique des groupes déjà utilisée pour modéliser et expliquer la pensée logico-mathématique de l’enfant;

    (2) de révéler un nouveau pan de la pensée de l’enfant, en contribuant là aussi à enrichir de manière extraordinairement féconde la science psychologique de l’intelligence.
Lorsque l’être humain, et en particulier l’enfant, affronte le monde physique, il ne cesse de déplacer des objets, de les porter, de verser des liquides d’un contenant dans un autre, de plonger des objets solides dans des objets liquides, etc. Ces actions sont constamment accompagnées de notions et d’activités mentales. La force de Piaget est d’avoir su prêter attention à ces actions, à ces notions et à ces activités.

Il l’a fait dans ses études sur la représentation de l’espace, montrant par exemple comment la structuration complète de l’espace représentatif implique la genèse des notions de conservation des longueurs, des surfaces et des volumes. Il l’a fait également dans ses travaux sur la genèse des notions de vitesse, de mouvement et de temps chez l’enfant.

Mais par ailleurs, il n’a pas omis de s’intéresser aux propriétés physiques de la matière, son poids, sa densité, et puis, sur un autre plan, celui de la causalité physique, aux forces qui y sont à l’oeuvre.

Ces propriétés de la matière, et d’abord celles qui la concernent en dehors de toute idée de causalité, vont donner lieu aux études de psychologie génétique parmi les plus connues, avec celles sur la genèse du nombre et sur les opérations logiques élémentaires. Il s’agit des recherches, spectaculaires, sur la conservation de la substance ou de la matière elle-même (la propriété la plus immatérielle qui soit, puisque l’on ne peut la mesurer que par le biais des autres propriétés telles que le poids ou la masse), sur la conservation du poids et, enfin, sur celle du volume physique.

Exposées dans l’ouvrage sur "Le développement des quantités physiques" (JP41a), ces études sont complétées par d’autres, moins connues, mais qui elles aussi sont révélatrices de la conception que l’enfant se fait de la matérialité du monde.

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Les problèmes de conservation physique

La conservation de la matière et les problèmes qu’elle soulève

La conservation de la matière est étudiée à travers plusieurs situations, dont l’une concerne la conservation d’une substance solide, mais malléable, telle que l’argile ou la plasticine: si l’on déforme une boule de plasticine, ou si on la sectionne, la quantité de matière change-t-elle? (fig. 28)

A moins que l’on identifie la propriété de substance à celle, par exemple, de poids, ou à moins qu’on l’identifie au volume qu’elle occupe, il n’y a rien à mesurer lorsque l’on considère une chose comme une boulette d’argile. Comment dès lors l’enfant va-t-il bien pouvoir affirmer la conservation de la substance?

Comment, plus pragmatiquement, va-t-il reconnaître comme justes les partages auxquels son père se livre lorsqu’il distribue du chocolat ou du sirop à ses frères et soeurs et à lui? Est-ce le fait de subdiviser en carrés égaux qui va, tout en apaisant les enfants, les conduire au jugement de conservation de la matière? Les recherches sur la conservation de l’argile montrent que là n’est pas la clé de la solution.

Un autre problème soulevé par la conservation de la substance est celui de son lien avec la notion d’objet permanent. Cette notion est construite au cours des dix-huit premiers mois qui suivent la naissance de l’enfant. Pour quelles raisons celui-ci n’accède-t-il pas alors immédiatement à la conservation de la quantité de matière composant cet objet? Il y a là une énigme à laquelle là aussi l’étude sur la conservation de l’argile apportera une solution.

Les conservations du poids et du volume

En ce qui concerne les recherches sur le poids et le volume, les problèmes auxquels on confronte les enfants sont similaires à ceux posés pour la substance, mais on ajoute à la situation une balance ou bien un récipient contenant de l’eau qui permettront de les concrétiser (fig. 29, fig. 30).

Après modification, par section ou par allongement, d’une des deux boules de plasticine, les questions sont approximativement toujours de la même forme. Pour le poids: «Est-ce plus lourd, moins lourd ou la même chose?». Et pour le volume: «Est-ce que cela prend plus, moins ou la même chose de place?», ou encore: «est-ce que l’eau va monter pareil, ou plus dans ce verre, ou dans celui-là»?

Des problèmes complémentaires...

A considérer les choses de près, les notions de poids et de volume présentent des aspects qui, comparativement à celle de matière, compliquent aussi bien les problèmes que doivent résoudre les enfants que l’interprétation à donner aux réponses des sujets. Ces notions ont en effet pour particularité de ne pas être dépourvues de lien avec la causalité: le poids parce qu’il se manifeste au moyen de la force, le volume physique, parce qu’il fait intervenir la densité.

Pour comprendre plus pleinement les difficultés particulières que rencontrent les enfants face au problème de la conservation du volume, des recherches complémentaires sont alors réalisées qui mettent en jeu la dilatation (fig. 31) ou la compression de la matière et qui permettent de cerner la notion de densité (JP41a).

Pour la notion de poids par contre, il faudra attendre les années septante et de nouvelles études sur la causalité physique pour que soit étudiée la question de son rapport avec le concept de force (EEG29).

Mais les notions de substance, de poids et de volume, font par ailleurs intervenir des intuitions qui "atomisent" l’objet considéré. Tout objet solide, comme tout objet liquide enfermé dans un contenant, forme un tout compact. Si, sauf cas de transparence, la perception ne peut pénétrer à l’intérieur de ce tout, la pensée peut le faire par le moyen du concept.

Confronté à l’objet, l’enfant va ainsi mettre en oeuvre ce que Bachelard appelait des intuitions atomistiques (en d’autres termes imaginer que la matière est composée d’atomes).

Ces intuitions ne sont-elles pas la clé de l’accès des enfants aux jugements de conservation matérielle, ainsi qu’à la quantification de la substance, du poids et du volume à laquelle les jugements de conservation sont bien sûr liés?

C’est pour répondre à ces questions que d’autres situations sont créées par le psychologue. Comment l’enfant se représente-t-il la dissolution du sucre dans l’eau? La matière, le poids, le volume de l’objet dissout se conservent-ils? (fig. 32)

Enfin, puisque la matière, le poids et le volume peuvent donner lieu à des activités opératoires (ajouter, sérier, etc.), des situations sont créées pour étudier comment ces activités fonctionnent lorsqu’elles portent non pas sur des êtres logico-mathématiques (comme dans les études sur le nombre), mais sur les propriétés matérielles de l’objet.

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Classification des réponses et décalages horizontaux

La classification en stades des réponses des enfants aux trois situations de conservation des quantités matérielles soulève un problème particulier, lié aux décalages horizontaux que l’on constate entre les jugements portant sur la substance, ceux portant sur le poids et ceux portant sur le volume.

La découverte de ces décalages est en soi un résultat important de la psychologie génétique. Alors que la forme logique des arguments et des jugements portés sur la matière, le poids et le volume sont strictement identiques, plus d’une année sépare les affirmations de conservation de la substance (les premières acquises) des affirmations de conservation du poids.

De même, plus d’une année sépare les affirmations de conservation du poids des affirmations de conservation du volume, notion dont l’acquisition s’achève à la fin de la période de développement de la pensée concrète, ou au stade formel si l’on pose au sujet des questions sur le volume non seulement de l’objet considéré, mais aussi de la place qu’il occupe dans l’espace (ce dernier problème fait toutefois intervenir des notions qui relèvent du développement de la représentation spatiale).

Voilà alors comment sont distribuées les réponses des enfants aux questions de conservation de la matière, du poids et du volume, ainsi qu’aux problèmes relatifs à l’atomisme, à la dilatation des corps et aux activités opératoires sur les quantités matérielles.
    – Dans un premier stade, seules les conduites préopératoires portant sur les notions de substance et de poids sont traitées.

    – Dans le deuxième stade (subdivisé en deux) sont rangées les conduites dites intermédiaires et de conservation relatives à la substance, et, toujours, les conduites préopératoires relatives au poids.

    – Dans le troisième stade, lui aussi subdivisé, sont rangées les conduites intermédiaires et opératoires relatives à la notion de poids, et celles, préopératoires, relatives à la notion de volume.

    – Enfin le début du quatrième stade porte sur les conduites intermédiaires relatives au volume, et la fin, sur les conduites opératoires relatives au volume.


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[…] nous ne savons rien de la conscience de l’animal mais nous pouvons analyser 1° ses perceptions, mouvements, etc. et 2° ce qu’il « sait faire » en réponse aux stimuli perçus dans le milieu extérieur. Or, « savoir faire » est un mode de connaissance ou un « savoir » comme un autre, et, chez le petit de l’homme, il précède très largement la connaissance conceptuelle.

J. Piaget, Biologie et connaissance: essai sur les relations entre les régulations organiques et les processus cognitifs, 1967, 1ère éd. 1967, p. 248-249; réédition 1992, p. 209-210.