Des modèles pour comprendre la mécanique ventilatoire.

Les élèves ont tendance à penser que l'air entrant fait gonfler les poumons. Il y a ici une inversion classique entre la cause et l'effet.

Pour les élèves, donc, l'air serait animé d'une force propre ou d'une volonté qui le ferait rentrer dans les poumons et ce faisant dilaterait la cage thoracique. L'objectif est donc de passer de la succession causale "air --> poumons --> cage thoracique" à celle-ci : "cage thoracique --> poumons --> air". C'est la cage thoracique et, surtout, le diaphragme qui sont les éléments moteurs. La contraction des muscles impliqués est le plus souvent automatique, mais peut éventuellement être volontaire. C'est ce que l'on fait chez le médecin quand, équipé de son stéthoscope, il nous demande de respirer... fort.

Modèle baudruche

Deux modèles

Pour comprendre la mécanique ventilatoire, les manuels proposent depuis très longtemps des métaphores dont la plus connue est le soufflet. Signalons au passage qu'il se peut que quelques élèves ne soient pas familiers de cet antique instrument. Plus récemment, et plus en accord avec la modernité, il est proposé aux élèves de fabriquer un modèle d'appareil ventilatoire avec une bouteille de P.E.T (matière plastique utilisée notamment pour l'eau gazeuse) et des ballons de baudruche (utilisés plus fréquemment dans les fêtes communales !). Les enseignants sont ou non favorables à ces modèles.

Baudruche

Modèle ventilation Faire fonctionner le modèle avec la souris.
Les partisans diront que le modèle baudruche fera mieux comprendre, justement, que c'est parce que le diaphragme s'abaisse que l'air rentre. Les adversaires diront qu'il s'agit d'une très mauvaise imitation de la nature, parce que, dans ce modèle, le P.E.T quasi indéformable ne ressemble en rien à la cage thoracique constituée de côtes, parce que le ballon fait croire que les poumons sont de simples poches. Mais ce ne sont pas là les critiques les plus importantes. En effet, dans notre modèle, l'air qui sort est exactement le même que celui qui rentre. Notre modélisation occulte donc le phénomène qu'il ne faut surtout pas oublier dans la ventilation pulmonaire : la diffusion du di-oxygène atmosphérique vers le sang et la diffusion du dioxyde de carbone sanguin vers l'atmosphère. De plus il est possible de remplacer la fabrication de ce modèle par le visionnement d'animations soit sur internet soit sur CD-ROM. Et là, le dessin animé peut être plus proche de la réalité.

Soufflet

Le modèle du soufflet, abondamment présent dans les manuels des années 1960, a les mêmes inconvénients. Mais il présente un avantage sur le précédent : on le dessine avec un butée, l'empêchant de totalement se vider, conformément à ce qui se passe dans les vrais poumons. Ce volume est appelé "air résiduel". Avec ce même soufflet, on peut mimer, à volonté, les inspirations et expirations forcées ou modérées. Mais hélas, là aussi l'air qui sort reste identique à l'air qui rentre.

Intérêt pédagogique des défauts des modèles

Malgré ces critiques, je reste malgré tout favorable à l'utilisation de ces 2 modèles. Il ne faut pas faire dire au modèle plus qu'il n'en peut. Le modèle, tout comme le schéma a une volonté de démonstration. Et ce n'est pas parce qu'un modèle est partiellement mauvais qu'il faille s'en priver. Car justement, ces limites et défauts doivent être traitées par les élèves qui alors développeront leur esprit critique.

En complément des modèles baudruche et soufflet, 1) l'observation de vrais poumons (de mouton par exemple) cassera l'idée d'une simple poche ; 2) l'expérience classique avec l'eau de chaux, permettra de tester la présence de dioxyde de carbone, et aura pour intérêt de montrer que l'air expiré est différent de l'air inspiré. Ce que nos deux modèles avaient totalement occulté. Ce sera l'occasion de revenir sur les modèles réalisés auparavant pour les critiquer. On pourra alors espérer que les élèves fassent remarquer que "le ballon dans la bouteille ça explique bien comment l'air rentre, mais ça n'explique pas que l'air qui ressort a changé".

Construction du modèle

Bernard Langellier, anciennement professeur de SVT, IUFM de Basse-Normandie, Centre d'Alençon, texte paru dans le Journal Des Instituteurs, janvier 2006, n° 1594, p.43 et 47