Le questionnement initial de ce mémoire s'intéresse, du point de vue du questionnement curriculaire, à l'usage des logiciels de visualisation moléculaire (VM) dans l'enseignement des sciences de la vie et de la Terre (SVT) en France. La réalisation d'une revue de littérature sur l'enseignement à l'aide de la VM a fait émerger que les logiciels de VM peuvent aider à cet enseignement. Cependant, nous n'avons pas trouvé d'étude qui s'intéresse aux usages des logiciels de VM dans l'enseignement. Le terme " usage " se réfère ici à une habitude contrairement au terme " utilisation " qui a une connotation ponctuelle. Ainsi, nous avons mis en place une méthodologie composite en nous appuyant sur les questions curriculaires (Martinand, 2000) afin de mieux connaître les usages des logiciels de VM. Nous avons appréhendé le curriculum prescrit à travers l'analyse des programmes officiels depuis le début des années 1990, l'analyse des sujets du baccalauréat et l'analyse des rapports de concours de recrutement des enseignants (agrégation et CAPES). Nous avons inféré le curriculum potentiel à travers l'étude de manuels scolaires, les formations académiques, les sites académiques, les " traces " trouvées sur le web et des entretiens avec des enseignants. Nous avons inféré le curriculum co-produit à travers des observations en classe et des entretiens avec des enseignants. Enfin, nous avons réalisé un entretien avec un acteur ayant joué un rôle majeur dans l'introduction de ces logiciels afin de mieux comprendre les processus à l'œuvre dans l'usage de ces logiciels. Nous sommes arrivés à la conclusion qu'il semble y avoir une " saturation " de l'usage de ces logiciels. Elle se traduit par un usage ayant peu varié ces dix dernières années qui consiste en un usage pour un ou deux TP par an pour chaque classe du lycée. Les activités qui utilisent ces logiciels semblent être très guidées (protocolaires) et apparaissent mettre très peu l'accent sur l'aspect modèle des représentations moléculaires, se contentant plutôt de donner à voir ces représentations. Alors qu'à l'origine, ces logiciels ont été introduits pour amener les pratiques scientifiques en classe, nous pouvons nous interroger sur cette saturation. Pour savoir si c'était le cas des autres logiciels en SVT, nous avons étudié leur usage en reprenant la méthodologie utilisée précédemment. Ainsi, il apparaît que l'usage de ces logiciels, comme ceux des logiciels de VM, semble réservé à une ou deux séances dans l'année au travers d'activités qui semblent assez protocolaires. Enfin, nous avons noté un contraste entre la volonté affichée d'incorporer les TIC dans l'éducation et un usage que nous avons inféré où cet usage semble en décalage avec les attentes du programme. Nous avons également envisagé la possibilité de penser de nouvelles activités grâce aux pratiques scientifiques de référence en lien avec la VM. Pour cela, nous avons analysé des articles scientifiques, réalisé des entretiens avec des chercheurs et effectué un stage de 3 semaines dans un laboratoire. Il apparaît qu'il semble préférable de se recentrer au lycée sur des activités visant à acquérir les fondamentaux concernant la VM et d'envisager plutôt des activités d'investigation pour le début du supérieur.

Les objectifs de cette thèse sont la modélisation mathématique et la simulation numérique de l’élastographie impulsionnelle basée sur la force de radiation acoustique (FRA) dans un tissu mou précontraint, et en particulier le myocarde. La première partie du manuscript concerne la modélisation mathématique de la FRA, la propagation d’ondes de cisaillement qui en résulte et la caractérisation de la vitesse des ondes de cisaillement pour une loi de comportement générale du tissu myocardique. Nous montrons aussi des applications pour l’estimation de l’orientation des fibres cardiaques dans le myocarde et l’évaluation de “pathologies synthétiques ”. Une des contributions principales de ce travail est le développement d’un modèle mathématique original de la FRA. En particulier, à partir d’un modèle biomécanique tridimensionnel du coeur, nous obtenons, à travers une approche asymptotique, les équations qui régissent les champs de pression et de cisaillement induits par la FRA. De plus, nous calculons une expression analytique du terme source responsable de la génération des ondes de cisaillement à partir d’une impulsion acoustique en pression. Dans la deuxième partie de la thèse, nous proposons des outils numériques efficaces pour une simulation numérique réaliste d’une expérience d’élastographie impulsionnelle dans un tissu quasi-incompressible, précontraint et fibré. La discrétisation en espace se base sur des éléments finis spectraux d’ordre élevé. Pour la discrétisation en temps, nous proposons une nouvelle méthode adaptée à l’élasticité incompressible. En particulier, seuls les termes correspondant à des vitesses infinies, associés à la contrainte d’incompressibilité, sont traités implicitement, à travers la resolution d’un problème de Poisson à chaque pas de temps de l’algorithme. En outre, nous proposons une nouvelle méthode d’ordre élevé et efficace pour la résolution d’un problème de Poisson, qui se base sur la transformée de Fourier discrète. / This PhD thesis concerns the mathematical modelling and numerical simulation of impulsive Acoustic Radiation Force (ARF)-driven Shear Wave Elastography (SWE) imaging in a prestressed soft tissue, with a specific reference to the cardiac setting. The first part of the manuscript deals with the mathematical modelling of the ARF, the resulting shear wave propagation, and the characterisation of the shear wave velocity in a general constitutive law for the myocardial tissue. We also show some applications to the extraction of fibre orientation in the myocardium and the detection of “synthetic pathologies”. One of the main contributions of this work is the derivation of an original mathematical model of the ARF. In more detail, starting from an accurate biomechanical model of the heart, and based on asymptotic analysis, we infer the governing equation of the pressure and the shear wave field remotely induced by the ARF, and we compute an analytical expression of the source term responsible for the generation of shear waves from an acoustic pressure pulse. In the second part of the PhD thesis, we propose efficient numerical tools for a realistic numerical simulation of an SWE experiment in a nearly-incompressible, pre-stressed, fibered soft tissue. The spatial discretisation is based on high-order Spectral Finite Elements (HO-SEM). Concerning the time discretisation, we propose a novel method adapted to incompressible elasticity. In particular, only the terms travelling at infinite velocity, associated with the incompressibility constraint, are treated implicitly by solving a scalar Poisson problem at each time step of the algorithm. Furthermore, we provide a novel matrix-free, high-order, fast method to solve the Poisson problem, based on the use of the Discrete Fourier Transform.

L'éducation à la prévention du sida a fait son entrée dans les classes de sciences de la vie et de la terre (SVT) du secondaire au Gabon par décret gouvernemental. Du jour au lendemain, les enseignantes et enseignants ont dû prendre en charge cette question qui, comme toutes les questions socialement vives et les 'éducations à', implique de ne pas s'en tenir au seul regard disciplinaire mais de s'ouvrir à d'autres formes de connaissance et aussi à des approches éducatives plus participatives. Comment ces derniers se sont-ils appropriés cette nouvelle réalité éducative? Prenant appui sur la perspective de l'interactionnisme symbolique et sur la problématique du rapport au savoir, j'ai exploré, dans le cadre de quatre entrevues collectives, les points de vue de 20 enseignants et enseignantes sur le sujet. Il ressort de l'analyse, qui a combiné une approche thématique du contenu à une approche conversationnelle, que ces acteurs et actrices, loin de se confiner à leur seule identité disciplinaire, adoptent des postures diverses, allant d'approches disciplinaires à des approches multiréférentielles. Ils prennent en compte dans leurs pratiques éducatives, outre les connaissances biomédicales, des connaissances du milieu local (ses coutumes, habitudes et pratiques sociales) ainsi que les situations de vie des jeunes (pauvreté, domination masculine, prostitution, etc.), composant ainsi avec les contraintes institutionnelles, tels que les contenus prescrits et le temps d'enseignement. Toutefois, les approches d'enseignement adoptées, au regard de l'urgence de la situation et des multiples problèmes de société convoqués, ont tendance à émouvoir, voire bouleverser, les élèves afin qu'ils adoptent des conduites qui les protègent plutôt qu'à les amener également à développer un rapport critique à l'égard des conceptions et des pratiques sociales ambiantes et des compétences de vie pour agir sur celles-ci. D'où la pertinence de fournir l'occasion à ces enseignants et enseignantes de s'initier à une éducation critique au sida.

Cette thèse vise à documenter le rapport à l’expertise scientifique et aux sciences d’enseignantes et enseignants de sciences de la vie et de la terre (SVT) du secondaire au Gabon placés en situation d’analyse d’une question socialement vive environnementale (QSVE) mobilisant des experts scientifiques au sujet des conséquences environnementales et sanitaires de l’exploitation de l’uranium au Gabon. Elle s’intéresse également à leurs dispositions à enseigner de telles questions. Dans une perspective socio-épistémologique et didactique, elle s’inscrit en prolongement d’études développées dans le champ des questions socialement vives (QSV) qui invitent à mieux appréhender les enjeux contemporains portant sur l’usage de l’expertise scientifique et sur la prise en charge à l’école des questions de société. Cette thèse mobilise également le cadre théorique du rapport au savoir selon une perspective socio-anthropologique pour interroger la relation de sens des enseignants vis-à-vis des arguments d’experts scientifiques sur une question sensible. Grâce à une analyse thématique des données, la manière dont cinq (5) enseignants (es) se sont approprié cette QSVE durant des entretiens individuels en deux temps (10 entretiens) a été examinée. Le premier entretien a consisté à cerner leurs idées de départ sur la notion d’expertise scientifique et la nature des sciences, sur l’enseignement du thème étudié et sur la question de l’expertise scientifique dans la QSVE étudiée. Le deuxième entretien, plus spécifique, a permis de poursuivre la réflexion à partir d’une cartographie présentant les arguments des principaux experts et acteurs de cette controverse. Les portraits épistémologiques qui se dégagent illustrent que leur rapport à l’expertise scientifique et aux sciences lorsqu’il est contextualisé en fonction d’une question précise tend à valoriser la position de certains experts plutôt que d’autres, tout en mobilisant une conception des sciences plutôt réaliste. En outre, ces derniers bien que disposés dans leur majorité à enseigner les QSVE semblent toutefois relever diverses contraintes (programmes chargés, référents peu nombreux, etc.) ne permettant pas leur prise en charge effective. Ces résultats apportent ainsi un éclairage riche et nuancé sur la manière dont les enseignants face à une QSVE précise se représentent le rôle des experts scientifiques dans la gouvernance des questions sensibles, mais aussi leurs rôles dans la prise en charge scolaire de ces questions. / The purpose of this doctoral thesis is to study Gabonese Science teachers’ relationship to scientific expertise and to sciences in general, when faced with analysing and environmental socio-scientific issue (ESSI) that has galvanized the scientific community, such as the health and environmental consequences of mining uranium in Gabon. This study also seeks to discover how inclined Gabonese science teachers teach such issues. From a didactic and socio-epistemological perspective, this study follows on from previous research on socio-scientific issues (SSI), which seek to gain insights into contemporary issues on the various uses of scientific expertise and how societal issues are being approached at school. The theoretical framework of this thesis also uses a socio-anthropologic perspective on the relationship to knowledge in order to examine teachers’ conceptions of scientific experts’ positions on a particular controversial issue. A thematic analysis of qualitative data was used to study how five (5) teachers approached the ESSI provided during the two-part one-on-one interviews (for a total of 10 interviews). The first interview consisted of identifying the teachers’ initial conceptions of scientific expertise, the teaching of the theme being studied and the scientific expertise invested in the ESSI being studied. The second interview enabled the research to continue on the basis of mapping the various positions of the main experts and key players in this controversy. The resulting epistemological profiles revealed that, whenever the teachers were asked to describe their relationship to scientific expertise and the sciences in the context of a specific issue, they tended to value the position of certain experts rather than others, all the while assuming a more realistic view of sciences. Moreover, although the great majority of these teachers were readily willing to teach the ESSI, they however seemed to fall under various constraints (busy schedules, lack of resources…) that kept them from developing an effective approach for teaching them. In this way the results from the research were able to shed a rich and nuanced light on how teachers, when faced with having to teach a particular ESSI, were able to better grasp the role of scientific experts in governing how controversial issues are presented in society, as well as their own role in teaching ESSI.