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32 raisons pour utiliser LaTeX en mathématiques au collège et ailleurs…

Temps de lecture : 12 minutes

Quand je discute avec mes collègues, plus ou moins jeunes, la plupart ont eu l’occasion d’écrire des mathématiques en LaTeX ( oups, pardon, en $\LaTeX$ ) notamment pendant leur parcours universitaire. Peu d’entre eux continuent à l’utiliser dans le cadre professionnel, en particulier au collège où j’enseigne depuis des années. Je passe souvent pour le geek de service dans ma promotion incessante des logiciels libres et de $\LaTeX$. Je parais même un peu prétentieux à certains, qui voient une forme de snobisme à utiliser cet outil que beaucoup considèrent comme difficile. D’ailleurs, un parent d’élève, collègue de mathématique par ailleurs, souhaitant régler quelques comptes avec moi au sujet de ma manière d’enseigner à son enfant, m’a négligemment lancé, « Oui, c’est beau le LaTeX » avec un mépris évident et risible.

Voici donc un article pour défendre cet outil et montrer combien il est avantageux, efficace et rapide, à toutes celles et ceux qui ne souhaitent plus perdre d’énergie à écrire des mathématiques avec des logiciels inadaptés.

Avant de me lancer dans cette défense, je me dois de rappeler que $\LaTeX$ est une surcouche de $\TeX$, un logiciel libre de composition de document, crée en 1977 par Donald Knuth. Donald Knuth est un des grands intellectuels de l’informatique, on lui doit la bible de l’informatique, The Art of Computer Programming. Il était insatisfait de la piètre qualité typographique des outils dont il disposait pour écrire des documents techniques. D’ailleurs le nom $TeX$ vient de là, du mot grec τέχνη / tékhnē, art ou habilité de faire les choses, qui est l’étymologie du mot technique. On prononce tek et on admire la jolie disposition du mot $\TeX$ qui montre la force de ce logiciel. En 1982, Leslie Lamport crée $\LaTeX$ une collection de macrocommandes pour simplifier l’usage un peu austère de $\TeX$. Depuis 1989, $\LaTeX$ est développé par une équipe de bénévoles au sein du projet $\LaTeX 3$. On peut consulter le site officiel https://www.latex-project.org/, le fabuleux https://www.tug.org/ TeX User Group et l’indispensable https://www.ctan.org/ Comprehensive TeX Archive Network qui propose un nombre incroyable de ressources libres et gratuites pour écrire toutes sortes de documents en $\LaTeX$.

Pour installer une distribution $\LaTeX$ sur votre machine, c’est libre et gratuit, en voici quelques-uns :

Petite remarque avant de commencer, vous noterez la typographie du mot $\LaTeX$ dans WordPress. En effet, WordPress comprend parfaitement bien le $\LaTeX$ qu’il n’écrit pas LaTeX !

Voici quelques raisons, dans le désordre, d’utiliser $\LaTeX$ quand on est professeur de mathématiques au collège :

ATTENTION : cet article est en cours d’écriture. Plus je cherche des points d’intérêt, plus j’en trouve ! Revenez réguièrement ici !

1. Obtenir une impression fidèle à l’écran

Quand on passe d’un logiciel WYSIWYG à du WYSIWYM (What You See Is What You Get et What You See Is What You Mean), il faut s’habituer à ne plus avoir le résultat en direct et attendre la compilation. Cela peut sembler pénible au départ, les Word, Libreoffice et autres traitements de texte aiment nous faire croire qu’ils vont imprimer ce qu’ils nous montrent à l’écran. Cependant, quand on constate un décalage de quelques millimètres à droites, une figure trop petite ou trop grande ou un paragraphe qui se balade, nous voilà bien démunis !

Pas de cela en $\LaTeX$, ce que vous voyez et ce que vous avez imaginé ! S’il vous faut une figure de 72 mm de long, une lettre en bas de page et une QRCode en haut à gauche, $\LaTeX$ aura une solution pour vous. Le passage direct par le PDF sécurise une impression de qualité.

Un exemple éloquent :

2. Éviter les tendinites au poignet

Quand en 1963 Douglas Engelbart inventa la souris, il n’imaginait pas les douleurs que nous provoquerait le pad sur nos ordinateurs portables. Écrire un texte au clavier, passer en gras à la souris. Écrire au clavier, passer en italique à la souris. Insérer une image, souris, menu, fenêtre. Une équation, insérer un objet… Quelle horreur !

Pour ceux qui aime programmer un peu, lâcher le clavier est difficile, la souris devient vite un artefact pénible et épuisant pour le poignet. Souvent des raccourcis bien choisis permettent de gagner du temps, mais qu’il est laborieux de sans cesse cliquer, écrire, cliquer, écrire, cliquer…

En $\LaTeX$ que du code. Du gras, \textbf{Ceci est en gras} (bf comme bold font), de l’italique \textit{Ceci est en italique}, des petites capitales \textsc{Et voilà} (sc comme small cap). Vous voulez écrire en rouge, en petite capitale et en gras, je sais bien que c’est moche, mais c’est rapide \textsc{\color{red} \textbf{Ceci est un texte moche}} ! Au fait, il suffit d’écrire un truc, Et voici un truc !! , pour l’obtenir en $\LaTeX$ !

Quel plaisir et quel confort de ne plus lâcher le clavier !

3. Ne plus jamais cliquer sur l’éditeur d’équation

Suite directe du point précédent, il est terriblement pénible d’utiliser l’éditeur d’équation pour écrire des mathématiques. Même avec le meilleur raccourci, les temps de latence est insupportable. Il est si simple de faire des maths au collège en $\LaTeX$ ! La preuve :

\left(\sqrt{\dfrac{1}{1+\dfrac{1}{3^6}}}\right)^{2!+\dfrac{1}{3}} donne $\left(\sqrt{\dfrac{1}{1+\dfrac{1}{3^6}}}\right)^{2!+\dfrac{1}{3}}$, facile non ! Et sans utiliser la souris !!

Contrairement à ce que l’on croit, le code utilisé pour écrire des mathématiques en $\LaTeX$ est assez simple. Il est en plus utilisé par de nombreux autres logiciels, comme WordPress, par exemple, qui publie ce blog

Voici un exemple avec, je le pense, la plupart des symboles utiles au collège :

4. Manipuler des blocs Scratch

L’intérêt majeur de $\LaTeX$ est l’existence de nombreux modules pour l’accompagner. On ne peut que saluer l’effort incroyable de la communauté pour produire des extensions pour répondre à chacun de nos problèmes de rédaction. Je suis à chaque fois fasciné quand je trouve sur CTAN, exactement le module dont j’avais besoin. Gratuitement, librement, mis à jour régulièrement… Le rêve.

Il suffit d’ajouter un petit \usepackage{nom du package} dans l’entête pour avoir le droit d’utiliser une extension.

On doit à Christian Tellechea l’extension Scratch 3. Comment enseigner les maths au collège et s’en passer ? C’est en plus un projet en français, trop facile.

https://ctan.org/pkg/scratch3

Si vous en avez assez de copier/coller des screens de Scratch dans vos documents Libreoffice, il va falloir changer de logiciel !

5. Utiliser un tableur

Vous voulez un beau tableur pour vos élèves ? Il faut retourner sur CTAN et le module pas-tableur de Stéphane Pasquet. Et c’est encore tout en français ! C’est quand même plus élégant qu’une capture d’écran !

https://ctan.org/pkg/pas-tableur

6. Dessiner des figures de géométrie au millimètre près

Il s’agit certainement de la meilleure motivation pour se mettre au $\LaTeX$. Obtenir des figures parfaites, au millimètre près, en les construisant de manière euclidienne, comme dans Geogebra.

Il y a deux écoles, irréconciliables, pour faire des dessins en $\LaTeX$. On trouve PGF/Tkiz, qui utilise toute la puissance vectorielle de PDF pour produire des résultats incroyables. Et il y a pstricks, originellement prévu pour Postscript, qui produit des résultats graphiques exceptionnels ! En ce qui me concerne, mon expérience est basée sur pstricks.

On peut utiliser pstricks pour dessiner de manière vectorielle. C’est très simple.

https://www.ctan.org/pkg/pstricks-base

En revanche, il suffit d’ajouter une extension géniale, pst-eucl, pour obtenir un Geogebra en ligne de commande. C’est à dire une figure géométrique où chaque élément à une relation avec les autres.

https://ctan.org/pkg/pst-eucl

J’ai dédié un article entier à cette extension, n’hésitez pas à le consulter !

Voici par exemple ce que l’on peut obtenir :

7. Utiliser des transformations géométriques

J’ai une passion cachée pour pstricks et l’extension pst-eucl dont je parle dans le point précédent.

https://ctan.org/pkg/pst-eucl

Comme dans Geogebra, il est très rapide de produire une figure et de la transformer suivant une symétrie axiale, centrale, une translation, une rotation ou une homothétie, conformément aux programmes du collège. Cela me permet de produire simplement une figure et sa correction sur papier calque. Vous en trouverez quelques exemples sur la page dédiée où je partage mes évaluations corrigées.

https://pi.ac3j.fr/evaluations-mathematiques/

Voici un exemple :

8. Poser des opérations comme en sixième

Une autre extension indispensable. xlop de Jean-Côme Charpentier, encore un français.

https://ctan.org/pkg/xlop

Ce package permet de poser une opération arithmétique comme en sixième ou à l’école primaire d’une manière extrêmement simple.

Un exemple vaut mieux qu’un long discours !

J’ai aussi utilisé dans cet exemple le package multicol pour obtenir quatre colonnes.

https://www.ctan.org/pkg/multicol

Avouez le niveau de simplicité du code ! En particulier l’égalité euclidienne en ligne !

9. Tracer des droites graduées

Pour dessiner de jolies droites graduées, j’utilise pstricks vue plus haut et l’extension multido.

https://ctan.org/pkg/multido

Comme son nom l’indique, multido permet de répéter une action. C’est une boucle for pour $\LaTeX$.

10. Faire ses punitions facilement

Encore un usage de multido, juste pour le fun.

https://ctan.org/pkg/multido

11. Tracer un repère orthonormé… ou pas

Allez, amusons-nous un peu avec multido, pstricks, pst-eucl et un peu de rotatebox du package graphix.

Globalement, on trace deux axes dont l’un est à 135° par rapport à l’autre. Une petite rotation de pst-eucl. Ensuite il faut quadrillé, quelques translations seront utiles. On joue avec les couleurs, un blue!50 qui permet d’atténuer le blue de 50%. On termine par une rotation de toute la boite, et voilà !

https://ctan.org/pkg/multido

https://ctan.org/pkg/pst-eucl

https://www.ctan.org/pkg/pstricks-base

https://www.ctan.org/pkg/graphicx

12. Dessiner son propre papier millimétré

Avec le commande multido, pstricks et graphics, on peut faire des répétitions, tracer des lignes et modifier la couleur.

https://ctan.org/pkg/multido

https://www.ctan.org/pkg/pstricks-base

https://www.ctan.org/pkg/graphicx

On peut ensuite jouer sur la couleur pour obtenir, par exemple à la photocopie, le résultat le plus clair possible.

J’ai proposé, il y a bien longtemps, sur ce blog, toute une série de feuilles de papier millimétrée.

Voici un autre exemple :

13. Dessiner du papier quadrillé ou seyes

Sur le même principe, on peut facilement obtenir du papier quadrillé ou seyes.

Je vous renvoie vers la page dédiée.

14. Faire des tutos géométriques

pstricks est une réserve incroyable d’outils. Des développeurs ont travaillé pour nous pour un résultat très élégant.

https://www.ctan.org/pkg/pst-geometrictools

Cette extension propose une équerre, un compas, un crayon et une règle qui se manipulent assez facilement dans un document. J’avoue que l’usage de l’équerre est un peu pénible, elle est par défaut centrée sur l’hypoténuse, ce qui demande quelques transformations géométriques de pst-eucl pour obtenir ce que l’on veut. Je rédige souvent des petits tutos pour mes élèves.

Voici un exemple :

En collant les blocs pspicture, ils se positionnent sur la même ligne. Cela permet d’obtenir plusieurs colonnes sans multicol. Je m’en sers souvent, surtout avec des minipages. Voir plus bas !

16. Créer des macros pour éviter les tâches répétitives

Quand Leslie Lamport crée $\LaTeX$, il ajoute des macros à $\TeX$. Sa grande idée est de permettre à l’utilisateur de créer aussi ses propres macros. En plus, il est possible de faire passer jusque 9 paramètres (on peut dépasser si besoin, mais c’est un peu plus compliqué ! ).

Attention cependant, il faut veiller à ne pas réécrire des macros pour tout ! On se retrouve sinon dans un nouveau langage, le notre, et finalement tout devient illisible. Et je dois avouer que j’ai beaucoup de telles macros, dont j’oublie régulièrement l’usage. C’est addictif !

Voici un petit exemple qui ressemble à une forme de publipostage :

J’ai l’habitude d’ajouter des tabulations dans mon code source pour faciliter la lisibilité. Elles sont inutiles !

17. Faire du publipostage

L’exemple précédent propose déjà une forme de publipostage, la réalisation d’une macro simplifie grandement la vie.

Il existe cependant une alternative qui permet de partir d’un fichier csv et d’intégrer sous forme de variable les champs de notre table.

https://ctan.org/pkg/csvsimple

L’extension csvsimple prend un fichier csv en entrée, avec en entête de colonnes les noms qui serviront de variables par la suite. C’est un truc vraiment pratique qui permet de faire du publipostage mais aussi de mettre en forme des données brutes.

Voici un exemple. J’ai demandé à Mistral.ai de me produire un fichier csv contenant le nom, prenom, date de naissance, salaire et sexe d’une centaine de personnes fictives. Le fichier s’appelle liste.csv.

18. Illustrer une partie d’échec

Quand on enseigne les maths au collège, on peut aussi animer des ateliers de jeux et stratégie, de culture mathématiques et autres.

https://www.ctan.org/pkg/xskak

C’est une extension très utile pour dessiner des plateaux de jeu d’échec.

Voici un exemple :

19. Écrire en utilisant des hiéroglyphes

J’aime bien la cryptanalyse. Proposer de dechiffrer un code secret est un bel exercice pour mes élèves les plus curieux.

https://www.ctan.org/pkg/hieroglf

Cette extension propose d’écrire des hieroglyphes très simplement. Je m’en sers pour des enigmes.

Par exemple :

20. Écrire comme un cochon

20. Calculer comme les Mayas

21. Écrire des codes secrets

22. Différencier le fond de la forme

23. Ajouter un QRCode

24. Jouer au Bridge

25. Préparer un QCM que la photocopieuse va corriger

26. Utiliser la puissance de Vim pour se reposer

27. Dessiner des Rubik’s Cube, juste pour s’amuser

28. Comment les minipages ont changé ma vie

29. Ajouter des conditions dans un document

30. Découper un document en plusieurs fichiers

31. Ne compiler qu’une partie d’une document

32. Mélanger Python et LaTeX pour ne plus perdre de temps

32. Utiliser la puissance de LuaLaTeX

33. Produire des pdf de petites tailles

Le blog de Fabrice ARNAUD — Licence CC BY-NC-SA 4.0



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