Avant - propos

" La science est un effort vers toujours plus de lucidité. Il s'agit de créer dans notre esprit une représentation de la réalité qui nous entoure et de confronter les conséquences du " modèle " du monde ainsi élaboré avec les observations que nous pouvons effectuer. La construction, jamais achevée, de ce modèle suppose l'usage d'outils qui ne sont pas des pelles, des pioches, ou des truelles, mais des concepts.

On ne répète jamais assez qu'une connaissance est une naissance : la naissance en soi d'une structure intellectuelle nous donnant accès à un aspect supplémentaire de la réalité.

Comprendre une théorie nouvelle implique toujours un effort intellectuel intense. L'esprit bute sur mille difficultés, avant qu'un jour tout devienne clair. La difficulté alors est de se souvenir du long cheminement qu'il a fallu parcourir et, ayant enfin compris, comprendre que d'autres puissent ne pas comprendre.

Toutes ces observations et ces réflexions convergent vers un constat qu'il est important de faire comprendre aux élèves : sauf cas pathologique, leur intelligence est le résultat toujours provisoire de leurs efforts pour la développer. Ces efforts n'ont pas pour motif le désir de dépasser les autres en une compétition subie et infantile, mais celui de se dépasser soi-même en une émulation volontaire et féconde.
Pour développer cette intelligence, il est nécessaire d'engranger du savoir. Ce savoir n'est pas une fin en soi, il est au service de la compréhension des problèmes essentiels. Cette compréhension est nécessaire à chacun pour lutter contre les fantasmes issus de vieux obscurantismes, pour participer aux choix que doivent faire nos sociétés face aux pouvoirs nouveaux apportés par les avancées techniques, et surtout pour entrer dans le réseau des échanges qui lui permettent de devenir une personne engagée dans sa communauté. "

La Physique est née du désir des hommes d’expliquer les phénomènes naturels et, jusqu’au siècle dernier, le Professeur de Physique était nommé Professeur de Philosophie naturelle.
Dans un premier temps, le physicien observe les phénomènes et note les facteurs qui les accompagnent. Puis, il a recours à l’expérimentation pour démêler, au milieu des influences multiples, celle qui appartient à tel ou tel paramètre. Il tire, alors, des conclusions plus sûres.
L’interprétation peut varier avec les progrès de la science mais la démarche scientifique consiste à définir les causes des effets observés et, ensuite, à prévoir les phénomènes physiques lorsque les causes sont connues.
Dans cette démarche, la première étape est l’établissement d’une loi de validité restreinte qui fait, en général, intervenir les mathématiques, à défaut une courbe.
Expliquer une série de phénomènes par une hypothèse, à partir d’un modèle, permet de remplacer des faits épars par une théorie à cause de laquelle on peut, par le raisonnement et par le calcul, déduire des conséquences qui se traduisent par des faits de même ordre. Si ceux-ci se révèlent conformes à l’expérience, ils vérifient la théorie à posteriori et légitiment les hypothèses sur lesquelles elle est fondée.
On appelle " principes " certaines hypothèses, émises par la généralisation de faits contrôlés dont on postule la validité en toutes circonstances et qui, donc, ne peuvent être contredits que par une expérience nouvelle.
Les principes, les lois valides actuellement en Physique sont le fruit d’un cheminement qui se confond avec l’histoire de l’homme.

A la question " Pourquoi le Soleil tourne t’il autour de la Terre ? ", le métaphysicien répondra que le Soleil a des propriétés qui le font tourner autour de la Terre, il invoquera souvent Dieu, voire quelques puissances surnaturelles ou quelques obscurantismes.

Le Physicien cherchera les propriétés, les faits de même nature, il cherchera à en rendre compte par une théorie qu’il voudra " universelle ", applicable à " tous " et il se convaincra que c’est la Terre qui tourne autour du Soleil.
Parce que l’Univers a été (et reste) un laboratoire privilégié d’observations pour l’homme dans son désir de comprendre ses origines, les Physiciens (il y a quelques siècles, on n’était pas physicien ou chimiste ou mathématicien ou philosophe ou … on était savant) ont été des précurseurs et ont créé ce qu’il est convenu d’appeler la démarche scientifique et une vision de la nature que les autres sciences, y compris humaines et économiques, ont copié.

Avec, à partir du 19ème siècle, l'apparition de l'ère industrielle et le développement des technologies, les objectifs des Sciences Physiques se sont élargis.
Le domaine des Sciences Physiques est, à l’heure actuelle, si vaste, si diversifié qu’il ne faut pas s’étonner de difficultés de plus en plus nombreuses à vouloir l’enseigner, le transmettre. Ceci se traduit par des débats passionnés sur la démarche pédagogique, sur les méthodes … où certains " spécialistes " sont persuadés de détenir une vérité qui, si elle existait, se saurait et s’imposerait à chacun.

Dans ce contexte, il faut comprendre qu’un étudiant,
- puisse, après plusieurs années d’étude, avoir la désagréable impression de savoirs juxtaposés, entassés,
- établisse mal la complémentarité entre le phénomène observé, les expérimentations nécessaires, les hypothèses explicatives et la théorie mathématique résultante,
- ne maîtrise pas des méthodologies, des similitudes communes à de larges domaines des Sciences Physiques.

Cet ouvrage a pour objectif d’aider les étudiants dans l’acquisition de repères et de transversalités pour les faire cheminer vers des cohérences personnelles. Les étudiants de premier et deuxième cycles universitaires , les étudiants préparant les concours de recrutement de l ‘enseignement secondaire doivent y trouver matière à réflexion.
Cet ouvrage présente les bases, supports, modèles classiquement étudiés dans les programmes sans prétendre à un caractère encyclopédique. Au contraire, nous considérons qu’il existe, de plus en plus, d’excellentes séries de livres de cours avec exercices d’application. Aiguiser la curiosité du lecteur pour qu’il approfondisse ses connaissances à l’aide d’ouvrages plus spécialisés est une condition sine qua non pour atteindre l’objectif de cohérence annoncé.
Aucun programme ne contraignait ce parcours à travers les Sciences Physiques. Le cheminement, les enchaînements se sont imposés à l’auteur à travers 30 ans de carrière.

Au niveau des méthodes, le lecteur trouvera :
- des exposés type cours classiques sur les fondements des Sciences Physiques, des exercices
- des problèmes essentiels que le lecteur doit faire car ils sont à la fois nécessaires à la compréhension et sources d’apprentissages spécifiques incontournables,
- des conseils, des invitations à revoir, à approfondir dans des ouvrages spécialisés des connaissances faisant partie de la culture de tout physicien.

Il va de soi, qu’à travers 30 ans de carrière, tous les collègues auteurs de livres d’enseignement ont contribué à ce document.
Ne pouvant les citer tous, qu’ils soient remerciés parce qu’ils contribuent à faire connaître la Science, ils méritent tous d’être lus.