Yannick

-BORDEAUX Organisé par l'AFIRSE (Section Française) et les équipes des laboratoires : DAEST

Le champ français de la didactique de l'histoire est marqué par l'action d'un petit groupe de défricheurs (Henri Moniot, François Audigier, Nicole Tutiaux-Guillon…) qui, avec quelques équipes (à l'INRP principalement), ont ouvert des fronts pionniers permettant de l'inscrire dans les débats des didactiques disciplinaires. L'enquête menée en 1999 par quelques chercheurs (Gérin-Grataloup et Tutiaux-Guillon, 2001) se conclut sur la pluralité des recherches et des acteurs et sur la difficulté à faire émerger une véritable méthodologie ainsi que des procédures de validation rigoureuses. L'enjeu de la didactique de l'histoire, et de la géographie, est donc la constitution d'un communauté scientifique des didacticiens. Dans cette situation, il est bien audacieux aujourd'hui de vouloir proposer une réflexion globale sur l'épistémologie dont le champ de la didactique de l'histoire a besoin. Pour cette raison, si nous prenons le risque d'inscrire nos recherches empiriques dans le débat instauré par ce colloque, nous voulons le faire avec prudence et dans le respect de la pluralité des points de vue. Nous avons aussi choisi d'aborder la dimension épistémologique de la didactique de l'histoire à partir de nos travaux d'équipe réfléchissant et expérimentant le débat d'histoire dans la classe, d'abord en justifiant nos conceptions épistémologiques inscrites dans nos travaux empiriques, ensuite sur le mode du questionnement des cadres théoriques qui organisent la pensée sur la transformation du savoir, ce qu'il est possible de nommer le modèle de la transposition didactique et le modèle de la discipline scolaire. Dans le modèle de la transposition didactique nous examinerons la place des pratiques, pratiques des historiens, des enseignants et des élèves. Dans le modèle de la discipline scolaire nous interrogerons la place accordée aux textes de l'histoire, qu'ils soient écrits par les historiens, les enseignants ou les élèves. On ne voit dans ces dernières lignes, le souci de notre équipe est bien de chercher à tenir ensemble des pratiques et des textes, savants et scolaires, dont il nous semble légitime de se demander comment ils fonctionnent ensemble, dans la spécificité des contraintes propres à chaque situation de transposition, mais sans doute pas dans l'autonomie proclamée d'une discipline.

A -Notre travail empirique

Au point de départ de cette recherche, il y a une interrogation : la transposition dans la classe d'une pratique comme le débat des historiens est-elle possible et utile ? Notre objectif était double :

-du point de vue épistémologique, il s'agissait de faire travailler les élèves dans une conception de l'histoire qui donne de l'importance aux caractères socialement construits, problématiques des savoirs ainsi qu'aux processus de leur validation. -du point de vue didactique, nous considérions qu'une pratique langagière comme le débat constituait un moyen de construire du savoir, ce que les travaux dans d'autres disciplines montrent depuis plusieurs années.

Cette communication n'est pas le lieu pour discuter du débat en général, du débat des historiens et du débat d'histoire dans la classe. Nous proposons seulement de définir ce dernier comme « l'interrogation de réalités problématiques dans leur épaisseur historique ». Réalités, car il s'agit de travailler sur du vrai, de l'avéré, de la vérité historique. Problématiques, car ces réalités doivent être construites comme des problèmes à partir des représentations des élèves. Dans leur épaisseur historique, parce que ces réalités ont pu connaître des interprétations et des écritures différentes dans la communauté historienne. Dans la classe, l'interrogation en terme d'épaisseur de la vérité historique est intéressante pour travailler la polysémie des documents mais aussi pour comprendre les relations entre les représentations des élèves et les phases antérieures du savoir scientifique. D'ailleurs, cette conception du débat permet de questionner les rapports de l'histoire à la mémoire -on devrait dire aux mémoires, plurielles et antagonistes -les rapports de l'histoire aux discours des médias, les rapports de l'histoire aux opinions, aux représentations sociales… Pour expérimenter cette conception du débat, nous avons mené deux expériences dans une classe de Première L, en 2004 et en 2005. À l'automne 2003, nous choisissons de travailler sur un débat qui agite une partie des historiens de la Première Guerre mondiale. Au regard de l' « enfer » que cette guerre a constitué pour les soldats, le débat des historiens peut se résumer à la question : « comment ont-ils tenu ? ». En simplifiant, il oppose ceux qui répondent en termes de « résignation » et d' « obéissance » des soldats à ceux qui ont introduit la notion de « consentement patriotique à la guerre ». En réalité, le débat porte aussi sur la validité de concepts importés dans le champ de l'histoire de cette guerre comme ceux de « culture de guerre » et de « brutalisation » des sociétés. Il porte aussi sur les méthodes d'analyse et d'interprétation des témoignages des anciens soldats et, finalement, oppose les historiens selon leurs valeurs et leurs positions dans le champ scientifique et universitaire de l'histoire. Un premier travail est mené en avril 2004 mais le débat dans la classe ne fonctionne pas et nous mettons en cause notre construction de la situation didactique. Nous pensons notamment que la problématisation n'a pas eu lieu. Cependant les textes rédigés par les élèves sont intéressants et éveillent notre attention. Il nous permet de réfléchir à leur façon d'effectuer la mise en texte de cette histoire et de poser les problèmes didactiques en termes de pratiques et de textes. En 2005, nous décidons de reprendre ce travail dans la classe selon un protocole un peu différent pour proposer une situation plus favorable au débat aux trente-deux élèves de Première L. Voici le résumé des cinq moments de la situation didactique : -Les éléments factuels nécessaires sont abordés lors d'un cours sur l'adaptation des sociétés et des Etats aux conditions de la guerre (concept de « guerre totale »). L'utilisation d'un article de l'historien Jean-Jacques Becker sur les causes de la guerre prépare les élèves à travailler sur ce type de document et à réfléchir à la part d'hypothèses et d'interprétation dans le travail historique. Ces aspects sont importants car ils sont au coeur de la conception de l'histoire des deux chercheurs et rendent compte du contexte épistémologique installé dans la classe.

-La lecture complémentaire du manuel permet aux élèves d'aborder, par l'intermédiaire d'un dossier, le concept de « culture de guerre », plutôt sur le mode de da découverte que de la construction.

-Puis, pendant une heure, les élèves cherchent à élaborer une réponse à la question que les historiens se posent : « comment les soldats ont-ils tenu ? ». Dans un premier temps, ils font la liste des notions et expressions qui, selon eux, permettent de répondre. Ces éléments sont repris et inscrits au tableau. Dans un second temps, par groupe de deux ou trois, ils construisent sur transparent un schéma explicatif avec les mots de la liste. Quelques groupes présentent leur schéma à la classe et précisent, à la demande du professeur, leur interprétation. Cette séance se termine par le constat d'une diversité des interprétations. Rien n'est fait pour dissuader les élèves qu'il peut y avoir diverses réponses à cette question.

-Un second travail d'une heure : Il débute par une restitution rapide des schémas à partir du choix de trois schémas choisis par les chercheurs : l'un parce qu'il présente le croisement de deux axes explicatifs, le deuxième pour sa linéarité qui fait que tout concourt à la survie des soldats sur le front, le dernier qui distingue le front de l'arrière et semble montrer une certaine imperméabilité des soldats à l'idéologie. Une discussion s'engage sur ce dernier point.

-La deuxième partie de la séance vise à analyser la réponse de deux historiens 1 à cette question de la survie des soldats. En 2004, nous avions utilisé deux corpus documentaires qui reflétaient les thèses en présence. Cette année, nous choisissons de proposer deux textes d'historiens. Cela procède d'une volonté de donner une place aux discours scientifiques et d'introduire leur confrontation sur les questions qui ont fait l'objet d'un débat important. En choisissant des textes qui situent des positions historiographiques, nous mettons en avant des positions épistémologiques sur la nature sociale de la construction de la vérité historique mais aussi didactiques pour affirmer le rôle des savoirs scientifiques dans la classe. D'autre part la richesse argumentative des deux textes est indéniable et rassemble en peu de mots ce qui nécessiterait un corpus documentaire pour la même évocation. Les élèves en binôme discutent du choix de la thèse qui leur paraît la plus intéressante. Au bout de vingt minutes, la discussion est collective. Cette phase vise à éclairer des points obscurs des textes, à relever les accords et les divergences entre les historiens et, théoriquement, à faire apparaître aussi des accords et des avis divergents entre les élèves.

-Après ces échanges, les élèves rédigent un texte personnel répondant à la question initiale « Comment les soldats ont-ils tenu ? ». Le fait que cela soit réalisé dans la deuxième heure, dans la foulée du travail collectif et sans autre recul possible ni interférence avec des connaissances supplémentaires, est un élément à prendre en compte. La consigne est : « en tenant compte de vos travaux, des textes des historiens et de vos connaissances, rédigez un texte qui présente votre point de vue » (précision donnée à l'oral : qui ne se contente pas d'une paraphrase des historiens).

Les matériaux recueillis sont constitués par les transparents et les textes des élèves, la transcription des discussions et des entretiens menés après l'écriture des textes. Ils fournissent la matière de notre travail d'interprétation.

B -La construction du texte scolaire

Premier constat : le débat d'histoire n'a pas eu lieu. Les élèves ont bien proposé des schémas explicatifs très divers, les textes leur ont semblé bien différents (le texte A parlait du « consentement patriotique » des soldats à la guerre et le texte B répliquait que les soldats n'avaient pas le choix et opposait la « culture de l'obéissance » à la « culture de guerre », pourtant, dans la phase d'oral, les échanges ont mis en évidence la difficulté des élèves à envisager le désaccord des historiens et à envisager des interprétations concurrentes.

Les procédures de mise en texte

Nous distinguons le temps de l'oral et celui de l'écrit. Rappelons que l'échange oral après la lecture des textes d'historiens était conçu comme une ouverture vers le débat de la communauté historienne. Mais dès leurs premières interventions, les élèves cherchent à catégoriser les textes sans exprimer le désaccord des historiens. L'enseignant fait pourtant dire les éléments qui se contredisent. À la question « comment les soldats ont-ils tenu ? », le texte A répond par le « consentement patriotique » et le texte B par « l'obéissance ». Malgré cela, et

Quelle interprétation des procédures de mise en texte des élèves ?

Notre interprétation se fera selon deux points de vue : le point de vue épistémologique parce qu'il nous semble essentiel de considérer les conceptions que les élèves ont de l'histoire et de l'écriture de l'histoire pour comprendre leurs hésitations et leurs engagements dans la mise en texte de leur réponse.

Le second point de vue est didactique. Il envisage le caractère réflexif de la situation selon le critère des pratiques langagières et celui des pratiques historiennes.

Le point de vue épistémologique

La question principale qui se pose aux élèves, mais qu'ils ont déjà plus ou moins résolue, est celle du rapport de l'histoire avec l'opinion de l'auteur, ou les opinions en jeu dans la question de nature historique qui leur est posée Nous proposons donc de considérer que la pratique-cible puisse aussi se référer à des modalités d'évaluation constituant l'horizon des études, notamment dans le secondaire. Organiser le travail de la classe en fonction des exercices de la discipline au bac nous semble en effet de la même nature que les exemples fournis par Rey dans sa définition de la pratique-cible. On a déjà noté dans l'analyse épistémologique des procédures de mise en texte que les élèves avaient des difficultés à envisager un texte d'histoire comme un point de vue, une proposition de sens à donner à des événements, donc une interprétation qui peut se discuter. On peut considérer que cette représentation les éloigne de la pratique-source. Mais les entretiens reflètent aussi le savoir-faire mis en oeuvre par les lycéens. S'agissant des éléments à leur disposition (schémas explicatifs, textes, cours), les propos des élèves expriment nettement un autre type de pratique : « Je les ai repris mais je les ai interprété à ma façon… j'ai sélectionné, j'ai fait le tri » (Audrey L.) « J'ai classé, j'ai trié les informations » (Marie B.) « J'ai pris des éléments des schémas et des articles. J'ai essayé de les mettre par rapport au même thème » (Audrey B.) On retrouve ici les consignes données aux élèves dans la plupart des manuels scolaires :

-sélection des informations en fonction de la question -explicitation et reformulation -classement et organisation par thèmes La pratique mobilisée par les élèves a donc été celle qu'ils connaissaient pour s'y être entraînés plusieurs fois mais la nature particulière de la question (donner votre avis) a perturbé la construction de la réponse et donc leur mise en texte. On le constate dans les manières diverses d'apporter leur avis, l'utilisation du « je » :

-avis donné d'emblée, dans les première lignes : « À mon avis les soldats n'allaient pas sur le front par envie mais par devoir. Ils n'avaient pas le choix » (Fanny), idem Gwladys. -avis donné en conclusion : « La mienne (réponse) est donc que l'absence de choix, la culture de l'obéissance… » (Alizée), idem pour Sara, Marie B. -avis donné tout au long du texte (« je pense que ») : Amandine, Séverine.

-pas d'avis exprimé directement : Audrey L., Audrey B. L'absence de modalité normée d'expression d'un avis a laissé ouvertes les possibilités d'expression de cet avis et les élèves ont donc utilisé plusieurs méthodes pour répondre à la consigne. Il n'en reste pas moins que la pratique-cible de leur mise en texte a été celle de la synthèse dans l'étude de documents du baccalauréat. On pourrait interpréter ce hiatus en terme de malentendu, voire de contrat didactique. Il nous semble plus intéressant de le penser dans la question de la transformation du savoir et de ce fait, il nous amène à revisiter les modèles de cette transformation, celui de la transposition didactique et celui de la discipline scolaire.

C -Envisager ensemble les pratiques et les textes

Dans la littérature de la didactique de l'histoire, on retrouve deux modèles pour penser la transformation du savoir : celui de la transposition didactique et celui de la discipline scolaire. Ces deux modèles doivent être d'abord discutés avant de proposer une position qui, sur la base de nos observations empiriques et de nos choix théoriques, pourrait constituer un cadre épistémologique pour la didactique de l'histoire-géographie.

Le modèle disciplinaire

Il est développé par Chervel (Chervel, 1988) dans le cadre de son travail d'histoire des disciplines et considère la discipline scolaire comme un ensemble de contenus de connaissances (la vulgate), une batterie d'exercices qui permet le dialogue entre l'enseignant et ses élèves, des pratiques de motivation et d'incitation à l'étude et des épreuves d'évaluation. Ce modèle a deux caractéristiques : les pratiques sont constitutives des savoirs scolaires et la discipline scolaire est autonome par rapport à la sphère savante. « Ceci permet d'envisager les relations maîtres-élèves sous un angle proprement didactique, et de penser ou d'interroger ce qui dans les savoirs scolaires ne s'apparente guère aux savoirs savants » (Gérin-Grataloup, Tutiaux-Guillon, 2001). Selon ces derniers auteurs, les recherches en didactique de l'histoire -géographie, autour de François Audigier à l'INRP, se sont surtout inscrites dans le modèle de la discipline scolaire. L'analyse des savoirs a constitué une partie de ces recherches (Audigier, Crémieux, Tutiaux-Guillon, 1994). Retenons que les savoirs savants et les savoirs scolaires sont différents. Ces derniers sont issus de la pratique scolaire. Ainsi, « un phénomène de production autonome de savoir par l'école se met en place : à partir de documents historiques, de faits cités, une séquence narrative s'élabore, sorte de produit scolaire qui n'entretient plus que des rapports parfois lointains avec les savoirs savants ». La place des savoirs savants reste celle de la référence « pour ne pas dire du faux », avec un fonctionnement plutôt ascendant que descendant, sous la forme de quelque chose qui ressemblerait plus à une « interpellation » qu'une transposition (Allieu, 1995). Notre objectif n'est pas de discuter ces propos, d'ailleurs simplifiés ici, mais de partir de notre travail pour les interroger. Interroger d'abord une conception où les savoirs sont validés et légitimés par les finalités et leur intérêt didactique. On connaît l'importance des déterminations civiques dans la construction des programmes scolaires. On doit reconnaître aussi l'importance des pratiques enseignantes, et notamment les effets de routinisation, dans la production d'un savoir enseigné mais il est difficile aussi d'ignorer que les conceptions actuelles, tant dans les programmes que dans les classes, trouvent leur origine dans la modification de ce que Michel Develay nomme la matrice disciplinaire : « si hier, l'histoire comme discipline était organisée autour d'une visée positiviste, elle est aujourd'hui organisée, ou tend à s'organiser, autour d'une visée qui correspond davantage à l'école des annales et à la nouvelle histoire » (Develay, 1995). Cet enseignement de l'histoire « selon un autre point de vue sur la discipline » montre lui-même ses limites. Il appartient aux chercheurs en didactique d'en expliquer les raisons (Margairaz, 1989 ;Tutiaux-Guillon, 2003) et de promouvoir une histoire scolaire qui intègre des conceptions épistémologiques comme la construction sociale des faits scientifiques, la nature discursive du savoir et la polysémie des documents, pour prendre quelques exemples. Interroger ensuite la nature de ces savoirs scolaires produits de la pratique. On sait l'importance des manuels scolaires dans la diffusion des savoirs de référence. L'analyse des manuels et des livres du professeur qui les accompagnent pourrait ouvrir la voie d'une compréhension de la circulation et de la transformation des savoirs « par le haut » ; le travail sur les productions d'élèves, c'est-à-dire la production de nouveaux textes d'histoire constituant un axe essentiel d'étude de la construction du savoir par les élèves, c'est-à-dire de la transformation des savoirs « par le bas » (Le Marec, 2005). Enoncées ainsi nos questions renvoient en fait à une conception plus proche de celle de la transposition didactique qu'il nous faut pourtant interroger de la même manière.

La transposition didactique

On sait que le concept de transposition didactique est inventé par le sociologue Michel Verret et repris par Yves Chevallard (Chevallard, 1985). C'est une interprétation des transformations des « savoirs savants » (les savoirs construits dans les disciplines de référence) pour permettre leur scolarisation. Selon Chevallard, les savoirs suivent un processus de modifications : ils sont didactisés pour pouvoir être enseignés à des élèves ou à toute personne extérieure aux pratiques scientifiques de la discipline. Ce processus, constitué en modèle de la transposition didactique comprend des phases nécessaires et concomitantes : la désynchronisation des savoirs, c'est-à-dire la division du champ scientifique en objets de savoirs donnant lieu à des enseignements spécialisés ; la dépersonnalisation, c'est-à-dire la suppression des références aux producteurs de ce savoir ; la décontextualisation, c'est-à-dire la nonprise en compte des problèmes et problématiques qui ont présidé aux recherches savantes ; la publicité du savoir à transmettre (Gérin-Grataloup, Tutiaux-Guillon, 2001). En réalité, ce processus ne concerne pas seulement la transformation scolaire du « savoir savant », il est en marche dès sa mise en forme par son producteur. Selon Bruno Latour, tout savoir est un discours qui occulte les conditions de sa production et cette disposition est nécessaire non seulement pour le rendre pensable mais aussi légitime et finalement pour transformer des propositions scientifiques en savoir scientifique (Latour, 1996). Ce processus fait partie des pratiques scientifiques au même titre que la production des savoirs. Il concerne donc autant les pratiques scientifiques que les pratiques scolaires. Bernard Rey (Rey, 2003) s'y intéresse à propos des savoirs enseignés dans l'enseignement supérieur, universitaire et non-universitaire. Selon lui, les savoirs enseignés ne peuvent se confondre avec les savoirs scientifiques et cette caractéristique ne s'explique pas seulement avec le processus de transposition didactique. Autrement dit, il existe d'autres nécessités qui expliquent la transformation du savoir savant. Rey et son équipe décrivent des situations d'enseignement dans le supérieur et développent les « contraintes » qui expliquent les différences entre les savoirs enseignés, même lorsque leur rattachement universitaire est le même, la contrainte étant « ce qui permet à une pratique de se distinguer d'une autre » (Rey, 2003). De ce fait, le savoir enseigné est marqué par « une série de contraintes ayant une incidence sur sa forme » (idem). La transposition didactique n'est donc pas un processus de transformation des seuls savoirs savants vers les savoirs à enseigner mais le savoir savant lui-même doit être questionné : propositions scientifiques en débat dans le champ de la recherche, énoncés scientifiques stabilisés et circulant dans le champ, savoirs validés, formalisés et enseignés à l'université, savoirs décontextualisés dans les manuels du supérieur… les formes du savoir savant sont multiples et il convient de considérer la complexité du processus. Ce processus maintient la ressemblance entre les diverses formes du savoir pour en assurer la légitimité mais la transformation introduit aussi de la distance entre elles. Selon Jonathan Philippe, le monde de la recherche et celui de l'enseignement supérieur constituent des mondes distincts reliés par la transposition didactique. Ils produisent des versions différentes du savoir (Philippe, 2004). Michel Develay rappelait aussi que les savoirs savants n'étaient qu'une des origines du savoir à enseigner, les pratiques sociales de références constituant pour certaines disciplines des répertoires d'activités et de rôles sociaux à enseigner et que du côté du savoir scolaire, il était impossible de se limiter à l'expression d'un savoir à enseigner mais l'interrogation devait se poursuivre sur le savoir enseigné, et le savoir assimilé par l'élève (Develay, 1995). La transposition didactique est donc un processus complexe et continu de transformation du savoir dès sa formulation et sa mise en circulation. Il concerne toutes les étapes de la recherche et de l'enseignement. Il s'agit de comprendre concrètement les modalités de cette transformation à chacune de ses étapes. C'est pour cette raison que nous proposons d'accorder autant d'importance aux pratiques qu'à la construction du texte pour comprendre ce processus de transformation des savoirs.

La traduction didactique

Nous proposons de considérer les productions des élèves comme des traductions5 des textes précédents, c'est-à-dire de textes antérieurs à la situation didactique (textes d'enseignants, textes des manuels scolaires, textes des manuels universitaires, textes des historiens…), construits selon une pratique constitutive de la discipline scolaire.

-Des pratiques Comme dans le modèle de la discipline scolaire, il s'agit de considérer les pratiques scolaires comme des modalités de création de nouveaux savoirs. Nous pensons avec Jonathan Philippe que « la traduction didactique est la recréation d'un savoir dans une situation d'enseignement qui diffère grandement de celle de la recherche scientifique » (Philippe, 2004). Cette conception n'empêche pas de mesurer l'intérêt de travailler dans le sens d'une pratique-source et donc d'expérimenter des pratiques langagières en usage dans la communauté scientifique. Il faut en effet s'interroger sur ce que pourraient être des pratiques, dans un cadre socio-constructiviste, favorisant l'émergence d'une forme de savoir plus ouvert, plus respectueuses des modalités socio-langagières de construction du savoir et donc permettant aux élèves d'appréhender le domaine de validité des savoirs de l'histoire. Et s'il s'agit, comme le proposent certains chercheurs en didactique des sciences, de considérer la classe comme une communauté scientifique d'apprentissage, comment introduire du discutable en histoire qui ne soit pas un débat sur le vrai ou le faux, mais un débat d'interprétation des possibles ? Comment faire encore pour que le débat ne soit pas factice mais authentique ? Faut-il limiter les débats à des questions toujours ouvertes dans la communauté historienne ? -Et des textes Considérer le texte scolaire comme une traduction possible d'un texte de référence nécessite d'abord d'envisager l'histoire comme un texte. Dans son étude des textes des historiens de la Nouvelle Histoire, Philippe Carrard étudie autant les choix formels des auteurs que « les relations que ces choix peuvent avoir avec l'épistémologie des Nouveaux Historiens (l'idée qu'ils ont de la vérité), leur idéologie (le système des valeurs qu'ils adoptent explicitement ou implicitement) et leurs affiliations institutionnelles (les positions qu'ils occupent à l'université et dans l'édition) » (Carrard, 1998). Il nous semble que ce programme aurait un sens à être travaillé dans le domaine des productions scolaires. D'abord pour envisager les textes des enseignants, qu'ils soient ceux des manuels ou ceux du cours (Héry, 1999et Waquet, 2003), mais aussi pour donner une autre fonction aux productions des élèves. Comme nous l'avons vu dans notre étude empirique, les textes des élèves nous apprennent sur leur manière de penser la discipline, leurs conceptions de la vérité, de la place de l'auteur, sur leur manière d'argumenter, sur les finalités concrètes de leurs mises en texte. Cette façon de penser les textes d'élèves va à l'encontre de la conception traditionnelle qui les considère comme la réorganisation plus ou moins efficace du discours de l'enseignant. C'est le plus souvent, selon une représentation de l'histoire positive que les textes des élèves sont évalués. Pourtant, si les textes des élèves sont des traductions nouvelles du savoir, alors ils possèdent, dans l'épaisseur de leur mise en texte, les multiples dimensions dont il est question ici. Aux enseignants de faire en sorte qu'elles soient polyphoniques, ouvertes et critiques.

  (1995), « De l'Histoire des chercheurs à l'Histoire des scolaires », in Develay Michel (dir.), Savoirs scolaires et didactiques des disciplines. Une encyclopédie pour aujourd'hui, ESF. -Audigier F., Crémieux C., Tutiaux-Guillon N. (1994), « La place des savoirs scientifiques dans les didactiques de l'histoire et de la géographie », Revue Française dePédagogie, n°106, p. 11-23. -Baillat Gilles (2000), « Histoire et culture commune » in Romian Hélène (dir.), Pour une culture commune, Paris, Hachette. -Bakhtine Mickaël (1979), Esthétique de la création verbale, Paris, Gallimard -Carrard Philippe (1998), Poétique de la Nouvelle Histoire. Le discours historique en France de Braudel à Chartier, Lausanne, Payot. -Chabanne Jean-Charles et Bucheton Dominique (2002), Parler et écrire, pour penser, apprendre et se construire, Paris, PUF. -Chervel André (1998), La culture scolaire, Paris, Belin. -Chevallard Yves (1985), La transposition didactique, Grenoble, La Pensée sauvage. -Clerc Pascal (2002), La culture scolaire en géographie. Le monde dans la classe, PUR. -Develay Michel (dir.) (1995), Savoirs scolaires et didactiques des disciplines. Une encyclopédie pour aujourd'hui, ESF. -Eco Umberto (1985), Lector in fabula, Paris, Grasset. -Gérin-Grataloup A-M. et Tutiaux-Guillon N. (2001), « La recherche en didactique de l'histoire et de la géographie depuis 1986. essai d'analyse », Perspectives Documentaires en Education, n°53, p. 5-11. -Héry Evelyne (1999), Un siècle de leçons d'histoire, L'histoire enseignée au lycée, 1870-1970, PUR. -Latour Bruno (1996), « Sur la pratique des théoriciens », in Barbier J.-M. (dir.) Savoirs théoriques et savoirs d'action, Paris, PUF. -Le Marec Yannick (2005), « Former les enseignants à l'analyse des écrits en HG », communication au colloque international Former des enseignants-professionnels, savoirs et compétences, Nantes. -Margairaz Dominique (1989), Supports informatifs et documents dans l'enseignement de l'HG, INRP. -Moniot Henri (1993), Didactique de l'histoire, Paris, Nathan. -Noiriel Gérard (2003), Penser avec, penser contre. Itinéraire d'un historien, Paris, Belin. -Philippe Jonathan (2004), « La transposition didactique en question : pratiques et traduction, Revue Française de Pédagogie, n°149, p. 29-36. -Rey Bernard (2002), « Diffusion du savoir et textualité », Recherche et Formation, n°40, p. 43-57. -Rey B., Caffieaux C., Compère D., Lammé A., Persenaire E., Philippe J. et Walleborn G. (2003), Les caractéristiques des savoirs enseignés dans les Universités et dans les Hautes Ecoles, rapport de recherche, Bruxelles. -Tutiaux-Guillon Nicole (2003), « L'histoire scolaire, un modèle résistant aux débats et aux controverses » in Pistes didactiques et chemins d'historiens. Textes offerts à Henri Moniot, L'Harmattan. -Waquet Françoise (2003), Parler comme un livre, Albin Michel.

très rapidement, deux interventions en quelques minutes donnent le ton : les auteurs des deux textes sont plutôt d'accord. Cette idée est reprise plusieurs fois ensuite et les élèves s'évertuent à l'étayer. Selon eux, les deux textes affirment que les facteurs

  Ainsi, pour ces élèves, le procédé qui consiste à créer un lien entre les deux textes, annoncés par l'enseignant comme étant en désaccord, revient à considérer les textes ou les arguments qu'ils contiennent comme le reflet d'un point de vue particulier sur l'événement. C'est ce point de vue qu'il faut reconnaître. À partir de cette distinction, les élèves choisissent, trient les informations et écrivent leur texte. La manière de trier est aussi intéressante. Il est ainsi remarquable qu'aucun des élèves, parmi les neuf considérés, n'ait retenu le terme de « consentement » qui est le coeur du texte A, le centre de sa réponse à la question « comment les soldats ont-ils tenu ? ». Plusieurs élèves ont exprimé leur accord avec le texte B 3 et une élève a expliqué oralement qu'elle ne pouvait pas reprendre la notion de « consentement », « parce que pour moi ils n'étaient pas spécialement consentants ». Elle répète cette dernière expression mais elle ajoute : « Enfin, pour la plupart ». Cette manière de

	Aucun texte utilisé 2	Usage exclusif du texte	Usage exclusif du texte combat (texte A) Usage des deux textes
	Séverine			A	B Par exemple l'un peut
		4		2	7 avoir… le besoin de se	20
					montrer viril (texte A)…
	Parmi les 20 élèves qui ont fait usage des deux textes, nous en avons sélectionné 9 qui ont construit Mais pour tous ces hommes,
	leur texte sous la forme d'un assemblage d'éléments discursifs des textes d'historiens (notions, l'éducation les a formés…
	expressions et arguments) et d'éléments retenus par la classe dans la construction du schéma L'école leur a appris le
	explicatif. Puis nous avons mené avec eux un petit entretien sur leur manière d'écrire, leur point de patriotisme (texte B)
	vue sur les textes d'historiens et leur conception de l'histoire.
	L'analyse des productions et des déclarations d'élèves amène à constater que les élèves ont utilisé des
	ressources variées pour la mise en texte de leur réponse. Pour l'essentiel, ces ressources ont été
	produites lors de l'échange oral. On peut donc reprendre les catégories formulées pour classer les
	principaux procédés de création de liens entre les textes A et B.
	Type de liens	Lien « chronologique »	Lien « sociologique »	Lien « psychologique »
	construits		Différenciation entre des	Dissociation de l'individu et	Juxtaposition	de
	entre	les	moments de la guerre	du collectif ou variation	sentiments différents
	textes				entre les individus
	Audrey L.		Cette soumission (texte B)
			fait place à une rancoeur
			reportée vers l'ennemi déjà
			haï d'avance (texte A)
	Sara		Si un soldat allait à la
			guerre… il n'avait pas le
			choix (texte B)… mais une
			fois qu'il y était il se devait
			de défendre sa nation, sa
			famille (texte A)
	Fanny					L'entraide entre soldats
						(texte	B)	était
						importante…le fait de
						voir ces gens mourir
						pousse à la haine avec un
						sentiment de vengeance
						(texte A)
	Alizée		Ils sont mobilisés, partent		Les uns se battent avec un
			bon gré (texte A) mal gré		certain plaisir (texte A),
			(texte B)… Puis, au front,		d'autres n'ont pas le
			au bout de six mois, ceux qui		choix (texte B)
	ne sont pas déjà morts ont développé une haine (texte expliquent l'attitude des soldats sont multiples et si le texte A énonce cette multiplicité, le texte B qui A) insiste sur l'absence de choix des soldats. Donc, le texte A est « explicatif » et le texte B est Audrey B. Ils n'avaient pas le « affirmatif ». Finalement, les élèves considèrent que les deux textes sont complémentaires et qu'il choix… ils devaient obéir s'agit alors de rechercher la logique de cette complémentarité. (texte B)…Mais ils Dès ce moment d'échanges oraux, apparaissent les principales clés de la future mise en texte des devaient aussi vivre. Pour élèves. Elles font référence à des types de logiques possibles pour « assembler » des textes a priori défendre le pays, pour différents dont nous proposons ainsi une caractérisation : venger leur camarade -Les soldats n'ont pas le même comportement entre le début et la fin de la guerre. Ainsi, le texte A assassiné (texte A) serait la conséquence, dans le temps, du texte B. C'est donc la « chronologie » qui expliquerait ce Amandine Ils étaient soumis, résignés (texte B)… obligés d'obéir. décalage des attitudes. Après, si l'on s'intéresse aux sentiments de chaque -Le texte A parlerait d'individus et le texte B aurait une vision plus collective, plus holiste. Les deux soldat…la solidarité… l'image d'eux-mêmes (texte A) textes n'auraient donc pas le même objet sociologique. Gwladys Ils n'ont pas eu le choix -Les soldats se distingueraient par leur caractère, se prêtant ainsi différemment au consentement ou à (texte B)… Après, je l'obéissance. Les deux textes expliqueraient donc des attitudes psychologiques très différentes. pense qu'il y a
	Il reste que les 32 élèves n'ont pas tous fait le choix d'un assemblage des deux textes comme l'indique l'acceptation d'aller au
	notre comptage.

relativiser ne semble pas être une simple précaution. On retrouve dans les textes et les entretiens une volonté réelle de prendre en considération le sujet « soldat », dans son autonomie et sa diversité. C'est finalement la manière la plus convaincante, pour les élèves d'appréhender les textes. Cependant l'analyse ne peut en rester là. Il faut tenter de comprendre plus globalement le travail de mise en texte des élèves effectué par les élèves dans une situation qui comprend deux phases, la phase marquée par les interactions langagières, essentiellement orales, d'élaboration des procédures de mise en texte et la phase d'écriture proprement dite. En effet, il convient de considérer la partie d'interactions langagières à travers l'objectif qui consiste à écrire un texte. Cet objectif n'est pas clairement annoncé aux élèves mais c'est pourtant lui qui, comme nous allons le constater, prend le pas sur tout autre. S'il s'agit pour les élèves de mettre le savoir en texte, la nature des réflexions en jeu dans cette phase d'interactions langagières est donc déterminée par les différents caractères du texte à écrire. Nous allons voir que cette analyse peut permettre d'expliquer notre difficulté à comprendre l'attitude des élèves et en particulier ce que nous avons identifié comme une absence de débat.

  . A t-on le droit de donner son opinion ? Quelle est la valeur d'un texte qui donne son opinion ? C'est le problème posé par les deux textes dont on leur a annoncé le désaccord. Par ailleurs, on leur demande leur avis. Comment écrire un texte, avec ce qu'ils savent des textes à écrire, eux, élèves de Première, tout en donnant son avis ? Etre historien, c'est relater les faits exactement » dit Séverine, et elle ajoute : c'est « relater au mieux ce qui s'est passé dans les moindres détails mais à partir du moment où on donne son avis on impose aux autres un peu la façon dont ils doivent penser les choses ». Cette manière de présenter le métier d'historien est celle des historiens positivistes de la fin du 19 e siècle. Il est intéressant de vérifier que plusieurs élèves maintiennent vivante cette conception de l'histoire. Pour ces élèves, la mise en oeuvre de ce principe revient à considérer le texte comme une ressource dans laquelle il convient de puiser les faits. La position d'Alizée est un peu différente car elle ne rejette pas la prise en compte des opinions : « les historiens, c'est leur boulot… de croiser plusieurs opinions et plusieurs sources et plusieurs documents et plusieurs points de vue… (pour qu')enfin le lecteur il puisse se faire son point de vue personnel ». Néanmoins, elle est consciente que dans son écrit elle ne peut empêcher une part d'opinion personnelle. Son exemple est intéressant : « J'essayais de ne pas trop mettre d'avis personnels mais bon par exemple, la ligne où je dis ''en effet ils sont mobilisés, partent bon gré mal gré'', il y a quand même une notion de personnel là-dedans, c'est pas neutre, mais j'ai essayé le plus possible de juste présenter les faits et puis après de donner mon opinion ». Il est donc difficile d'éviter de donner son avis. D'ailleurs, pour Audrey B., « quand on écrit, on donne quand même un peu son avis…C'est presque impossible d'être neutre ». C'est donc l'écrit qui oblige à prendre position ou dit autrement, ces élèves sont conscients de la part personnelle de l'écriture, du dévoilement de soi, y compris sur des sujets d'histoire, à partir du moment où il faut faire des choix, trier des informations, organiser une démonstration. Une seule élève Les programmes affirment bien que les finalités de l'enseignement de l'histoire sont le développement d'un esprit critique mais la nature de cet enseignement emprunte davantage à la conception méthodique de l'histoire qu'à une approche en termes de discours socialement construits. Il n'est donc pas étonnant que « l'épistémologie spontanée » des élèves soit davantage du côté d'une histoire niant le rôle des débats. Pourrait-il d'ailleurs en être autrement, c'està-dire « comment pourrait-on faire place aux débats d'historiens » s'il s'agit d'enseigner des savoirs incontestables et unifiés dans leurs énoncés afin qu'ils puissent faire l'objet d'une diffusion et d'une évaluation dans l'ensemble du système éducatif. « Le savoir s'énonce en phrases déclaratives à très forte dominante factuelle. Le professeur ne montre jamais qu'il choisit ses arguments, ses mots, sa démarche »(Tutiaux-Guillon, 2003). Ajoutons que les historiens n'ont que très rarement de place dans le cours, à l'image de la portion congrue qu'il leur est attribuée dans les manuels d'histoire 4 . Pourtant ces explications ne nous satisfont pas complètement. Dans cette classe, le contexte, au sens de « ce qui est légitime et possible de faire »(Clanché, 2003) est au contraire marqué par l'ouverture des savoirs et la place donnée aux historiens. La séance sur le problème de savoir « comment les soldats ont tenu ? » est elle-même le contre-exemple d'une conception figée des savoirs. C'est pourquoi nous pensons que, si l'épistémologie spontanée des élèves est éclairante, elle ne suffit pas à comprendre leur pratique. D'autres réponses sont à chercher, notamment dans la dimension didactique de la situation construite.Une première remarque concerne la dimension réflexive de la situation didactique. Notre volonté était d'intégrer des activités langagières (interactions orales, écrits de travail) et des pratiques sociales du métier d'historien (lecture et expression de positions différentes, argumentation dans le cadre d'une controverse). Ce sont ces deux aspects dont il convient d'examiner le fonctionnement dans la situation proposée.-les activités langagières Quand on interroge les élèves sur la provenance de leurs arguments, ils ne font pas seulement référence aux documents distribués desquels ils ont extrait les éléments de leur assemblage, ils donnent de l'importance au travail préalable constitué des divers échanges (formalisés dans la relation enseignant-élèves comme dans le cours d'introduction, ou dans les divers moments d'oral, après les schémas et après la lecture des textes) : « Je les ai repris mais je les ai interprétés à ma façon » (Audrey L.) Il ajoute cependant que la pratique peut se référer plutôt à une pratique-source, plutôt à une pratique-cible, aux deux types, ou à aucune(Rey, 2003). La distinction entre pratique-source et pratique-cible nous semble intéressante ici. Il propose de considérer la pratique-source comme la référence de certains enseignements aux pratiques de recherche, c'est-à-dire de ne pas s'intéresser seulement aux résultats de la recherche (source directe du savoir dans l'enseignement supérieur) mais aussi aux démarches qui ont conduit à ces résultats, « non pas seulement des énoncés censés être vrais, mais les raisons pour lesquelles ils le sont ». Il évoque aussi les « débats propres à la communauté scientifique ». Cet usage d'une pratique-source comme modalité de présentation du savoir varie en fonction des domaines du savoir et de la qualification du public à enseigner, voire des enseignants eux-mêmes. Il ne s'agit pas, pour nous, de discuter des variations dans les modalités concrètes de cette pratique-source mais de reconnaître un des déterminants de notre action dans la classe. En proposant aux élèves de travailler sur une question en débat dans la communauté historienne, selon des pratiques sociales du métier d'historien, nous placions notre pratique sur le terrain d'une pratique-source, celle de la recherche. De plus, le fait de demander aux élèves de formuler leur avis correspondait bien à une conception de l'écriture proche de l'écriture scientifique mais c'était, détermination supplémentaire, un moyen d'éviter la paraphrase des deux textes d'historiens et d'éloigner les élèves des exercices canoniques. La mise en débat et l'implication des élèves dans leur réponse entraient dans le processus de dévolution du problème posé. Rey définit la pratique-cible comme une modalité différente de présentation du savoir. Il distingue la pratique-cible profession et la pratique-cible études. Dans la première, les pratiques de références sont celles du métier, dans la seconde, elles sont celles des études à venir. Amorce de prise d'identité professionnelle dans le premier cas, préparation de la continuité du cursus dans l'autre. Tout praticien du monde scolaire reconnaîtra dans le second cas les discours sur la nécessité de préparer les élèves du primaire au passage en 6 e et ceux du collège au lycée. Des pratiques comme celles de la prise de notes ou des anticipations sur les exercices d'évaluation que les élèves rencontreront en constituent les poncifs.

	Le point de vue didactique
	-Les pratiques sociales du métier d'historien
	S'agissant du débat d'histoire dans la classe, nous l'avons dit dès le début, il n'a pas eu lieu, c'est-à-
	dire que les élèves n'ont pas investi un rôle, n'ont pas défendu un point de vue particulier et n'ont
	surtout pas échangé dans cette perspective. Déjà désappointés en 2004, nous avons dû, cette année,
	chercher à trouver une autre explication que celle d'une absence de problématisation. En effet, si la
	problématisation est un processus qui se met en place dans le cours des activités langagières, son
	absence n'empêche pas un débat entre les élèves. Il est simplement moins efficace dans la construction
	des savoirs. Nous écartons aussi la mauvaise volonté ou l'intimidation de l'enregistrement. Il reste
	donc à prendre au sérieux ce qui a été dit pendant ces échanges.
	Nous l'avons fait précédemment en considérant la nature des liens que les élèves produisaient dans
	leurs interactions orales. Il nous faut comprendre pourquoi les élèves ont discuté de cela au lieu de

Les élèves divergent sur la réponse à ces questions et l'éventail de leurs réponses est assez large : Parmi les élèves interrogés, 7 élèves expriment clairement qu'en histoire, on ne doit pas donner son opinion.

« énonce les vertus de l'opinion : « c'est ce qui peut faire évoluer les choses » (Amandine). Pour la plupart des élèves, l'historien doit éviter de donner son opinion. Ce principe rend plus difficile la caractérisation de leur propre texte. Ainsi, quand on les interroge pour savoir s'ils pensent qu'ils ont écrit un texte d'histoire, les réponses sont négatives (5 « non », 3 « plutôt non » et 1 « oui ») : « Non je ne pense pas, j'ai dit mon opinion » (Séverine) « Dans un sens c'est un texte d'histoire parce que je parle d'histoire mais dans un autre sens… c'est mon opinion » (Sara) « C'est pas vraiment de l'histoire… c'est surtout une interprétation » (Fanny) « Déjà il y a la première personne donc je ne pense pas qu'on s'exprime à la première personne dans un texte d'histoire » (Gwladys) Cette difficulté à percevoir la nature argumentative d'un texte d'histoire, à l'intérieur d'un débat, dans une communauté de chercheurs qui tentent de résoudre un problème, c'est-à-dire de construire une vérité historique comme une pratique du métier, un processus social

(Noiriel, 2003)

, constitue bien un obstacle à la perception et à l'utilisation de textes formulant des désaccords. En caractérisant le désaccord comme une opinion et en lui déniant un rôle dans un texte d'histoire, les élèves, très majoritairement, transforment les textes d'historiens en réservoirs d'informations dont il convient de trouver la bonne articulation, ainsi que nous l'avons vu précédemment. Pour des chercheurs en didactique, cette posture trouve son explication dans les représentations que l'enseignement de l'histoire conforte : l'histoire scolaire serait « un modèle résistant aux débats et aux controverses »

(Tutiaux-Guillon, 2003)

. « J'ai repris les plans qu'on avait faits mardi, et aussi les textes, et après j'ai organisé mon truc » (Sara) « Des choses qu'on avait vu en cours, ce que les autres avaient dit, j'ai noté ce qui me paraissait important » (Alizée) « J'ai fait en fonction de moi ce que je pensais, de mon propre avis et par rapport à ce qu'on avait fait en cours, comment on s'était aidé » (Amandine). On constate ici que les activités langagières permettent de construire un espace discursif commun à la classe. C'est en même temps un espace cognitif et un espace de co-construction, Dominique Bucheton et Jean-Charles Chabanne l'appellent réflexif parce que les écrits et les oraux observés « réfléchissent les discours des autres : ils les reprennent pour les transformer » (Chabanne, Bucheton, 2002) Cette transformation des dits et des écrits s'effectue à plusieurs niveaux. Les cadres d'interprétation sont construits dans l'espace discursif de la classe. On a vu que la préoccupation principale des élèves était de trouver des logiques d'assemblage des deux textes parce que, spontanément, ils refusaient de les percevoir à travers leur désaccord. Liens « chronologique », « sociologique » ou « psychologique », ils permettent de donner du sens à leur réponse. Il reste à nourrir l'argumentation d'éléments factuels, d'exemples tirés des textes et des travaux antérieurs. Cela se réalise en fonction de l'expérience d'écriture de chaque élève, de la manière dont il se représente le type de texte qu'on lui demande, de sa capacité à mettre en actes le principe dialogique

(Bakhtine, 1979)

, en fonction aussi de sa compréhension personnelle des textes et notamment, dans l'exposé des ressorts de l'action des soldats, de sa compétence à combler les absences, à réduire l'implicite des textes

(Eco, 1985)

. débattre des positions des historiens. Les concepts de pratique-source et de pratique-cible développés par Bernard Rey peuvent nous y aider. Quand Bernard Rey étudie la nature des savoirs enseignés dans le supérieur, il remarque qu'ils « constituent une réalité relativement autonome par rapport aux savoirs scientifiques auxquelles ils se réfèrent ». Ils obéissent à d'autres déterminations que celles décrites sous le nom de transposition didactique et il propose de considérer que le savoir enseigné soit considéré comme une pratique, avec une forme textuelle.

-Les deux textes sont extraits de manuels scolaires de Première. Celui Bruno Cabanes (texte A), intitulé « Une réflexion d'historien : comment ont-ils tenu ? » est un extrait de L'Histoire, juillet-août

Celui de Rémy Cazals et Frédéric Rousseau (texte B) est extrait de 14-18. Le Cri d'une génération, Privat, 2001.

-Tous les élèves ont utilisé aussi leurs connaissances et notamment les mots et expressions sélectionnés lors de la construction du schéma explicatif.

-On peut analyser ce résultat en termes historiographiques : les élèves sont très majoritairement sensibles à des thèses plutôt traditionnelles présentant la Première Guerre mondiale comme une « boucherie » ou un « enfer » et les soldats comme des victimes.

-Voir Yannick Le Marec, « L'analyse des manuels d'histoire : de la critique idéologique à la vigilance épistémologique », ouvrage collectif à paraître(SCEREN, 2006)

-Cette notion de traduction a été discuté dans un séminaire du PPF de l'IUFM de Nantes et les auteurs remercient Denise Orange d'avoir attiré leur attention sur les textes suivants : Michel Callon, « Eléments pour une sociologie de la traduction. La domestication des coquilles Saint-Jacques et des marins-pêcheurs dans la baie de Saint-Brieuc », L'année sociologique, n°36, 1986, p. 169-208 et Bernard Rey, « Diffusion des savoirs et textualité », Recherche et Formation, n°40, 2002, p. 43-57.


Keywords: systematic review, crop diversification, catch crop, agroforestry, species mixture, rotation, cover crops, intercropping, buffer strips, trap crops

Diversified agriculture is often presented as a major lever to improve the sustainability of agroecosystems. Of particular interest, is the productivity and economic performance of these systems as well as the associated environmental impacts. A multifunctional assessment of the potential benefits of diversified agriculture is thus essential. Several meta-analyses synthesized scientific evidence regarding one or a small number of crop diversification management on one or more types of impact. Yet, to date, no study has attempted to provide a comprehensive systematic synthesis of the results of these meta-analyses. We present here a literature search protocol for the collection, evaluation and description of all meta-analyses on all forms of crop diversification and all performance criteria. The protocol relies on the use of six bibliographic databases and grey literature sources without any date restriction. Only meta-analyses comparing diversification strategies to less diversified systems are considered. The quality of each selected meta-analysis is analyzed. A searchable database containing extracted meta-data, quality criteria and measured effect sizes is built.

Background

Diversified agricultural production systems include a wide range of practices aiming at incorporating agrobiodiversity across multiple spatial and/or temporal scales [START_REF] Altieri | Biodiversity and pest management in agroecosystems[END_REF][START_REF] Kremen | Ecosystem services in biologically diversified versus conventional farming systems: benefits, externalities, and trade-offs[END_REF][START_REF] Lin | Resilience in agriculture through crop diversification: adaptive management for environmental change[END_REF][START_REF] Tomich | Agroecology: a review from a global-change perspective[END_REF]. The strategies of crop diversification are numerous and often intertwined. At the field scale, crop diversification for example refers to mixes of varieties (e.g. Lin 2011), mixes of annual and perennial crops (e.g. [START_REF] Bayala | Soil organic carbon and nitrogen in agroforestry systems in sub-saharan africa: A review[END_REF], the placement of buffer strips within or around the fields (e.g. [START_REF] Chen | Predicting pesticide removal efficacy of vegetated filter strips: A meta-regression analysis[END_REF], or alternating crops (e.g. cover crop, intercropping and rotation - [START_REF] Cernay | Preceding cultivation of grain legumes increases cereal yields under low nitrogen input conditions[END_REF]. At the landscape scale, diversification can be achieved through the integration of functions other than production such as, natural habitat and fallow land [START_REF] Altieri | The ecological role of biodiversity in agroecosystems[END_REF][START_REF] Gurr | Multi-function agricultural biodiversity: pest management and other benefits[END_REF]. The diversification of cropping systems is generally considered to improve the resilience or more broadly, the sustainability of agroecosystems (Aguilar et al., 2015;[START_REF] Gaudin | Increasing crop diversity mitigates weather variations and improves yield stability[END_REF][START_REF] Kremen | Ecosystem services in biologically diversified versus conventional farming systems: benefits, externalities, and trade-offs[END_REF][START_REF] Lin | Resilience in agriculture through crop diversification: adaptive management for environmental change[END_REF][START_REF] Tengö | Local management practices for dealing with change and uncertainty: a cross-scale comparison of cases in sweden and tanzania[END_REF]. Numerous individual studies quantified the agronomic, economic, or environmental impacts of crop diversification. Over 30,000 articles have been published on this topic between 1945 and February 2018 in agronomy field journals 1 . Several systematic reviews (see the provisional list of 16 meta-analyses in the Supplementary files) have synthetized results provoded by these individual studies. The meta-analyses focused on one or several strategies of crop diversification (e.g. Letourneau et al. 2011) on the impact of introducing flowers in or around crop fields on enemy abundance, parasitism and crop damage; Miguez and Bollero (2005) on the effects of catch crops on crop productivity). An up to date and comprehensive agronomic, economic, and environmental assessment of impacts of crop diversification has still not been conducted. A systematic literature review and a comprehensive synthesis of studies is an effective way to weight to-date evidences and identify research gaps. Results of meta-analyses can be synthezised qualitatively or quantitatively. The latter option poses a series of challenges, such as the aggregation of highly heterogeneous results and measures of impacts, the potential presence of low quality meta-analyses, and the redundancy of individual studies among meta-analyses.

To make progress we rely on an exhaustive literature search to build databases integrating a quality assessment of each meta-analysis, meta-data, strategies of crop diversification and type of output analyzed. We also report the effect size and characteristics of individuals studies included in each meta-analysis.

Objective of the review

Our general objective is to collect and describe all meta-analyses assessing the agronomic, economic, and environmental impacts of any strategies of crop diversification worldwide.

Three databases are obtained:

1. A database including a comprehensive quality assessment of each meta-analyses using standard criteria.

2. A database detailing the characteristics of the cropping systems, the strategies of crop diversification and the type of impacts analyzed in each meta-analyis. The data bases associated with the three objectives will be fully accessible online at no cost.

3 Protocol

Testing for performance of the search

A subset of meta-analyses on crop diversification were found by interviewing experts (see supplementary file). We assess whether these meta-analyses are also present in the list of references identified with the search equation.

Search terms, languages and restrictions

Sensitivity is favored over specificity. Sensitivity implies that the emphasis of the search procedure is put on collecting the largest selection of relevant articles at the risk of also obtaining a high number of non-relevant studies (hence increasing the duration of the screening step). Only studies published in English and in French are included, due to limited resources and the languages known by the study reviewers.

No date restriction is applied. All climatic zones are considered.

Our search terms consider the following list of intervention and population-related keywords:

For "Web of science" and "google scholar" database: (meta-analysis OR meta analysis) AND (cropping system OR crop* OR agriculture) AND ((rotation OR Diversification OR intercrop* OR cover crop OR mixture) OR (organic AND (system OR agriculture)) OR (conservation AND (system OR agriculture)) OR no till* OR agroforestry OR agroecology)

For "Agricolae" database: ("meta-analysis" OR "meta analysis") AND ("cropping system" OR "crop?" OR "agriculture") AND (("rotation" OR "diversification" OR "intercrop?" OR "cover crop" OR "mixture") OR ("organic" AND ("system" OR "agriculture")) OR ("conservation" AND ("system" OR "agriculture")) OR ("conservation" AND ("system" OR "agriculture")) OR ("no till?" OR "agroforestry" OR "agroecology") CAB abstracts, Greenfile, and Environment Complete Databases were queries through ESBCO (https://www.ebsco.com/) search engine :

First field : "meta-analysis" OR "meta analysis" AND : "cropping system" OR "crop*" OR "agriculture" AND : "rotation" OR "diversification" OR "intercrop* " OR "cover crop" OR "mixture"

Inclusion criteria and article screening

Study inclusion and exclusion criteria

All meta-analyses are assessed for relevance using the following inclusion criteria:

-Revelance of the subject(s): Any meta-analysis investigating one or several strategies of crop diversification.

-Revelance of the study design considered in the meta-analyses: the study performed a metaregression and/ or an estimation of a mean effect size.

-Revelance of the type of measured impacts: Production, environment, biodiversity or economic criteria -Revelance of the comparator:

The soil characteristics and year of the control plot of all included individual studies are similar to those of the treatment plot. The control plot presents a lower level of diversification than the treatment plot.

We consider meta-analyses comparing cropping systems if they explicitly quantify the effect of crop diversification. We also consider meta-regressions if they cover a large range of diversified system.

Screening

A two steps screening process is performed. Titles and abstracts of all retrieve articles are screened, and then a full-text assessment is conducted. At each step, we check if the articles meet the inclusion criteria.

In cases of doubt and in order to reduce the rate of false negative decisions, a second reviewer is asked to re-analyze all studies that do not clearly meet the inclusion criteria. Inconsistencies are discussed between the two reviewers.

The rejected studies are compiled in an exclusion database, with reasons for rejection.

Data extraction and analyses

3.3.1 Characteristics of the meta-analysis, potential effect modifiers and sources of heterogeneity

Meta-data (authors'names and affiliation, journal names, keywords, date of publication, large-scale region covered in the meta-analysis) are retrieved for all included meta-analyses. Study location or climatic conditions can increase the heterogeneity of the results. When mentioned in the studies, potential effect modifiers will be identified to better understand the variations of effects among studies. The factors are compiled in the quantitative database. A non-exhaustive list of potential effect modifiers is given hereafter:

-Location and years of the experiments of the primary studies included in the meta-analysis -Environmental conditions, e.g. pedoclimatic conditions

-Type of methods used to synthetize primary studies (e.g. statistical method)

Study quality assessment

We define a set of criteria building up on a series of previous studies assessing the quality of meta-analyses [START_REF] Philibert | Assessment of the quality of meta-analysis in agronomy[END_REF][START_REF] Borenstein | Introduction to meta-analysis[END_REF][START_REF] Gates | Review of methodology of quantitative reviews using meta-analysis in ecology[END_REF][START_REF] Moher | Preferred reporting items for systematic reviews and meta-analyses: the prisma statement[END_REF]. The criteria are used to assess quality in all steps of the quantitative review process, i.e. literature search, data extraction, data analyses and interpretation. A special emphasis is given to the reproducibility of individual meta-analyses. Once collected, the information is used to score the quality of each meta-analysis.

Effect size and meta-regressors

We extract all the quantitative data related to the effects measured in the meta-analyses: effect, size, indicator of dispersion (confidence interval, and when applicable standard deviation or quantiles), significance (P-value) and number of data on which these effects are calculated. In the case of meta-regressions, we extract the estimated values of the intercept, the slope and information on their accuracy (i.e., confidence intervals).

Data extraction strategy

A single reviewer extracts all the data mentioned in the previous sections.

Data synthesis and presentation

All the information extracted from the meta-analysis (e.g., meta-data, quality analysis, effect size) is made available in a separate file. An analysis of the extracted effect sizes is carried out for each type of diversification separately. We also analyze possible relationships between the quality of the meta-analyses and their conclusions.

microbial diversity: A meta-analysis. Pedobiologia, 59(4): 215-223. 15. Verret, V., Gardarin, A., Pelzer, E., Mediene, S., Makowski, D., and Valantin-Morison, M. (2017). Can legume companion plants control weeds without decreasing crop yield? a metaanalysis. Field Crops Research, 204:158-168. 16. Wei, H., Xiang, Y., Liu, Y., and Zhang, J. (2017). Effects of sod cultivation on soil nutrients in orchards across china: a meta-analysis. Soil and Tillage Research, 169:16-24.

1

  Search on web of sciences, the 23 April 2018. Equation: (cropping system OR crop* OR agriculture) AND ((rotation OR Diversification OR intercrop* OR cover crop OR mixture) OR agroforestry OR agroecology)), Web of science categories: Agronomy or soil science, plant science, environmental science, agriculture multidisciplinary; Timespan: All years We aim at identifying: -The types of economic, environmental, and production impacts considered in the individual meta-analyses -The types of crop production systems considered -The geographical areas where individual studies were conducted -The knowledge gaps 3. A database on the comprehensive synthesis of impacts of crop diversification (i.e., all effect-sizes computed in each individual meta-analyses are collected)

  Literature search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Databases screened . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Internet engine searches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Testing for performance of the search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Search terms, languages and restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Inclusion criteria and article screening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Study inclusion and exclusion criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Screening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Data extraction and analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Characteristics of the meta-analysis, potential effect modifiers and sources of heterogeneity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Study quality assessment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Effect size and meta-regressors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.4 Data extraction strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

	Contents
	1 Background
	2 Objective of the review
	3 Protocol
	3.1 4 Data synthesis and presentation
	5 Declaration
	6 Supplementary file: list of pre-identified meta-analyses

  The first 100 search results, organized by relevance, are compared with search returns of the 5 previously cited databases. Articles returned by the Google Scholar search, but not found in the other databases searches, are added to the reference list.

	3.1 Literature search
	3.1.1	Databases screened

The five following databases, which cover natural and social sciences are considered:

-Thomson Reuters (formerly ISI) Web of Science, New York, USA, http://apps.webofknowledge.com -CAB abstracts, CABI, Wallingford, United Kingdom, http://www.cabdirect.org/ -Greenfile, EBSCO, Massachusetts, http://www.greeninfoonline.com/ -Environment Complete Database, EBSCO, Massachusetts, https://www.ebsco.com/ -Agricola (AGRICultural OnLine Access) database, National Agricultural Library (NAL) USAhttp://agricola.nal.usda.gov/

3.1.2 Internet engine searches

Google Scholar (http://www.scholar.google.com) is also considered.

Acknowledgements

Funding

This work was produced within the framework of the European project "Diversification through Rotation, Intercropping, Multiple Cropping, Promoted with Actors and value-Chains towards Sustainability" (DiverIMPACTS), funded by the European Commission under Grant Agreement number 727482.

6 Supplementary file: list of pre-identified meta-analyses

Authors' contributions

This systematic review protocol was designed by DB, TBA, and DM. All authors read, corrected, and approved the final manuscript.

Competing interests

The authors declare that they have no competing interests. If a reviewer is an author on a potentially relevant article, he or she will not be involved in the decisions regarding the inclusion of the article in the database.


A J Williams

J Eigenbrode

S S Johnson

L Craft

M B Wilhelm

Fatty acid preservation in

come

FATTY ACID PRESERVATION IN MARS-ANALOGOUS ROCK SAMPLES AND DETECTION WITH THE TMAH WET CHEMISTRY EXPERIMENT ON THE SAMPLE ANALYSIS AT MARS (SAM)

INSTRUMENT. A.J. Williams 1,2 , J.L. Eigenbrode 2 , S.S. Johnson 3 , K.L. Craft 4 , M.B. Wilhelm 5 , S.S. O'Reilly 6 , J.M.T. Lewis 2 , R. Williams 2 , A. McAdam 2 , C.A. Knudson 2 , M. Millan 2,3 , A. Buch 7 , C. Freissinet 7 , D. Glavin 2 , R.E. Summons 6 , K.C. Benison 8 , R. Navarro-González 9 , P. Mahaffy 2 , 1 Dept. Physics, Astonomy, & Geosciences, 8000 York Rd, Towson University (ajwilliams@towson.edu), 2 NASA Goddard Space Flight Center, 3 Georgetown University, 4 Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, 5 NASA Ames Research Center, 6 Massachusetts Institute of Technology, 7 CNRS -LATMOS, [START_REF] Goth | pdf 49th Lunar and Planetary Science Conference 2018[END_REF] West Virginia University, 9 Universidad Nacional Autónoma de México C8 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C16:1 C17 C18 C18:1 C18:2 C20 %TOC

Iron Oxides

Modern acidic

-- x -- x -- -- x x -- -- -- -- -- -- 0.97% -- x x x -- x -- x x -- x x -- -- Older acidic x x -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.05% x x -- x -- x -- x -- -- x -- -- -- Sub-Eocene acidic x x -- x -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 0.81% x x -- x -- x -- x -- -- x -- -- -- Eocene neutral x x x x x x x x -- -- x -- -- -- 0.07% x x x x x x x x -- x x -- -- x Siliceous Sinter Active Vent x x x x x x x x x x x x -- -- 0.24% x x -- x x x x x x x x x x x Inactive Vent x x -- x -- x -- -- -- -- x -- -- -- 0.02% x x x x x x x x -- x x x -- -- Relict Vent x x -- x -- x x x x x x x x -- nd x x -- x x x x x x x x x x x Carbonate x -- -- x -- x -- x -- -- -- -- -- -- 2.10% x x -- x x x x x x x x x -- x Shale x x x x x x x x -- x x -- -- x 32.57% x x x x x x x x x x x x x x
Table 1. FAME detection in Mars-analogous samples with variable mineralogies. 'X' = FAME detected, '-' = FAME absent. 'SAM-like 35ºC/min pyro ramp analyses' = dark gray cells. '500ºC flash pyrolysis analyses' = light gray cells. TOC = total organic carbon determined via loss-on-ignition ± 0.06%.

Introduction:

The Mars Curiosity rover is ascending Mt. Sharp, in Gale Crater, exploring stratigraphic packages of rocks for evidence of habitability [1] and searching for organic compounds using the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument suite. SAM includes a gas chromatograph mass spectrometer (GCMS) and sample pyrolysis ovens. SAM also has the capability of performing wet chemistry experiments, either by N-methyl-Ntertbutyldimethylsilyltrifluoracetamide (MTBSTFA) derivatization or tetramethylammonium hydroxide (TMAH) thermally assisted hydrolysis/methylation (THM). Coupled with wet chemistry experiments, the GCMS is capable of detecting large carboxylic acids and other hydrocarbons (e.g. lipid biosignatures). If present, these molecules may be bound into large macromolecules (e.g. biomolecules or kerogen) as they are often on Earth. On Mars, SAM will use the TMAH experiment onboard MSL to hydrolyze molecules, releasing them from their host macromolecules, and then methylate those molecules so they are sufficiently volatile for detection by SAM's GCMS [2]. Two of the nine wet chemistry cups on SAM contain the TMAH reagent; the other seven contain MTBSTFA [2]. Each TMAH cup contains an outer reservoir filled with ~ 500 μl of a 25% solution of TMAH in methanol (1:3v) with 25 nmol pyrene and 34 nmol 1-fluoronaphthalene in solution. Inside is a second reservoir filled with ~12 nmol nonanoic acid that serves as the internal calibration standard. This project determines the effectiveness of the SAM-like TMAH experiment to liberate organics from a variety of Mars-analogous rock samples.

Background: Rock samples were collected from a variety of Mars analogue environments. Samples include iron oxides from a modern mineral precipitate at Iron Mountain, CA, the older surface gossan (oxidized massive sulfide deposit) at Iron Mountain, and Sub-Eocene age acid salt lake sediments and Eocene age circumneutral lake sediments from Western Australia; siliceous sinter from Icelandic hot spring vents at an active deposit, recently inactive deposit, and relict deposit; modern carbonate ooids from Pigeon Cay, The Bahamas, and organic-rich shale from Messel, Germany.

Methods: Samples collected using organically-clean techniques underwent pyrolysis at a 1mg:1uL ratio with TMAH. The fatty acids were analyzed by pyro-GCMS using either a SAM-like pyrolysis oven ramp (35 °C/min) or an "optimized" flash pyrolysis at 500 °C on a Frontier pyrolyzer coupled to an Agilent GCMS instrument.

Results: The SAM-like and optimized methods are compared below. SAM-like Pyrolysis. Using the SAM-like pyrolysis oven ramp, FAMEs were detected in all samples but a shallow sub-Eocene acidic iron oxide sample (data not shown). Low molecular weight (LMW) (C8-C10) FAMEs were present in all other samples, medium MW (MMW) (C11-C18:2) FAMEs were present in select samples (Table 1), and high MW (HMW) (C20-C30) FAMEs were detected in the shale sample only (not all data shown).

Optimized Flash Pyrolysis. Using the optimized flash pyrolysis method, FAME detection was improved in all samples over the SAM-like method. Low and medium molecular weight FAMEs were present in all samples, and high molecular weight FAMEs were detected in the circumneutral Western Australia lake sediment, active and relict Icelandic hot springs, modern carbonate ooids, and the shale sample (not all data shown).

Discussion: In general, the flash pyrolysis method yielded more FAMEs than the SAM-like oven ramp method for all samples. Interpretations of note are discussed below:

Iron Oxides. The number of FAMEs detected in the modern acidic iron oxide sample was lower than expected for a modern microbial community, which may indicate pyrolytic interactions with the iron oxides that decreased FAME yield. The low FAME detection in the older acidic Iron Mountain iron oxide may be due to a decreased microbial population within the rocks, or a reduction in FAME preservation due to the presence of iron oxides [3]. Within the Western Australia lake deposits, which also host phyllosilicates, the acidic sample yielded fewer FAMEs than the circumneutral sample with both pyrolysis methods. The circumneutral sample had much better preservation of FAMEs over the acidic sample, suggesting that lipid preservation is improved in circumneutral iron oxides + clay environments than in acidic iron oxide + clay environments. In addition, HMW FAMEs (C20-C27) were also detected in the circumneutral lake sediments, indicating a terrigenous plant or algal origin [4, 5].

Siliceous Sinter. The active hot spring contained 12 to 15 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. A subsurface sample collected 4 cm below the surface (data not shown) contained 9 to 10 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. Mono-and polyunsaturated fatty acids (MUFAs and PUFAs, respectively) were sometimes detected in the subsurface, indicating improved preservation and/or lack of early degradation of the FAMEs.

The inactive hot spring contained 5 to 11 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. A subsurface sample collected 7 cm below the surface (data not shown) contained 2 to 9 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. MUFAs and PUFAs were not detected in the subsurface, indicating rapid degredation of the unsaturated FAMEs, either via microbial heterotrophy or diagenesis [6].

The relict hot spring contained 11 to 19 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. A subsurface sample collected 6 cm below the surface (data not shown) contained 9 low, medium, and high MW FAMEs with the SAM-like pyrolysis method. MUFAs and PUFAs were not detected in the subsurface, indicating again rapid degredation of the unsaturated FAMEs [6]. The high number of FAMEs detected in the relict surface sample relative to the active and inactive spring samples, and comparable numbers of FAMEs detected in the surface and subsurface relict samples, suggesting that microbial (re)colonization has overprinted the original FAME profile. More FAMEs were detected in the active vs inactive sinter, indicating a modern microbial community with degraded preservation over time in inactive sinter.

Carbonate. The modern ooids contained 4 to 15 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method. The SAM-like detection represented a very small fraction of the lipids present in these ooids [7].

Shale. The Messel shale contained 22 to 35 low, medium, and high MW FAMEs depending on pyrolysis method, including 11 HMW FAMEs. HMW FAMEs are most consistent with plant and algal origins [7], and the lipids in the Messel Shale have a demonstrated algal origin and strong lipid signal [8].

Conclusions: These experiments demonstrate that TMAH thermochemolysis with a SAM-like pyro-GCMS is effective, and FAMEs have been detected in Marsanalog samples that vary in mineralogy, age, and microbial community input. HMW FAMEs are not detected in iron-dominated samples, and may not be detectable at low concentrations, but fatty acids are detectable and possibly preferentially preserved in iron oxide + clay mixed mineralogies. Similar mineralogies are anticipated to be encountered in the "phyllosilicate trough" south of the Vera Rubin (Hematite) Ridge on Mt. Sharp. Laboratory experiments using the other wet chemistry reagent available on SAM, MTBSTFA, are ongoing on the same set of martian analogs. This method will allow us to compare the number of fatty acids detectable with MTBSTFA and TMAH to better understand the efficiency of both reagents. Future high fidelity experiments will include MTBSTFA to understand any effects of MTBSTFA chemistry on thermochemolysis and the interpretation of the data This research enhances the ability of SAM to characterize organic compounds and identify potential organic biosignatures in Gale Crater.

  Planetary Science Conference 2018 (LPI Contrib. No. 2083)


Andrés Martinelli

Elena Dubrova
email: elena]@imit.kth.se

Bound Set Selection and Circuit Re-Synthesis for Area/Delay Driven Decomposition

This paper addresses two problems related to disjointsupport decomposition of Boolean functions. First, we present a heuristic for finding a subset of variables, X, which results in the disjoint-support decomposition f (X, Y ) = h(g(X), Y ) with a good area/delay trade-off. Second, we present a technique for re-synthesis of the original circuit implementing f (X, Y ) into a circuit implementing the decomposed representation h(g(X), Y ). Preliminary experimental results indicate that the proposed approach has a significant potential.

Introduction

Disjoint-support decomposition of a Boolean function f : {0, 1} n → {0, 1} is a representation of the form f (X, Y ) = h(g(X), Y ) where X ∩ Y = Ø, g : {0, 1} |X| → {0, 1, ..., k -1} and h : {0, 1, ..., k -1} × {0, 1} |Y | → {0, 1}. The k-valued function g can be encoded as f (X, Y ) = h(g 1 (X), g 2 (X), . . . , g log 2 k (X), Y ) giving a decomposition with all functions being Boolean. Every set of variables X for which such a decomposition exists is called a bound set for f . This paper addresses two problems related to disjoint-support decomposition. First, we present a heuristic for finding a bound set which results in a disjoint-support achieving a good area/delay trade-off. Choosing a suitable bound set is important because disjoint-support decomposition does not necessarily simplify the function.

Second, we present a technique for transforming the original circuit implementing f (X, Y ) into a circuit implementing the decomposed representation h(g(X), Y ). Previous algorithms computed circuits for the decomposed representation from Binary Decision Diagrams (BDDs) of g and h, by applying various BDD-to-circuit transformation techniques. The algorithm presented in this paper uses BDDs only for analysis of the decomposition. The actual synthesis of the circuits for g and h is done by restricting the original circuit with respect to a given assignment of input variables. This guarantees that the sizes of the circuits of g and h are strictly smaller than the size of the original circuit.

Bound Set Selection

To find a suitable bound set X for f , we examine all linear intervals of variables of the BDD representing f . To check whether a given linear interval is a bound set, we use INTERVALCUT algorithm [START_REF] Martinelli | Roth-Karp decomposition of large Boolean functions with application to logic design[END_REF]. INTERVALCUT is very fast, because it does not require expensive BDD re-ordering.

If a bound set X with the column multiplicity k < |X| is found, it is stored together with the following three parameters characterizing the associated decomposition

f (X, Y ) = h(g(X), Y ):
1. the number of outputs having X as a bound set: s(X); 2. the number of outputs of g: c(X) = log 2 k ; 3. the difference in sizes of the bound set X and the free set

Y : d(X) = ||X| -|Y ||, d(X) ∈ {0, 1, . . . , n -1}.
Let X be the set of bound sets computed by INTERVALCUT. The best candidate is selected from X as follows. First, a subset X s of X containing all bound sets with the maximum s(X) is chosen. Maximizing of s(X) increases the sharing of common logic among different outputs of the circuit. Next, a subset X c of X s containing all bound sets with the minimum c(X) is selected. Minimizing of c(X) promotes the selection of bound sets with the smallest column multiplicity (more precisely, smallest log 2 k). Finally, a subset X d of X c containing largest bound sets with the minimum d(X) is obtained. Minimizing of d(X) allows balancing the partitioning of logic between the functions g and h.

Any element of X d is considered to be a "best" bound set for f , i.e. the one which produces a decomposition with the best area/delay trade-off. The original circuit implementing f is transformed into the circuit implementing h(g(X), Y ) by applying the algorithm described in the next section.

Transformation Algorithm

Let X be a bound set for f and let G g and G h be BDDs representing the functions g and h in the decomposition f (X, Y ) = h(g(X), Y ). These BDDs are computed by INTERVALCUT.

Constructing the circuit for h

Suppose A is an assignment of variables of X leading to the 0-terminal node in G g . Then g(A) = 0, and thus f (A, Y ) = h(g(A), Y ) = h(0, Y ). Therefore, a circuit implementing the co-factor h(0, Y ) can be obtained from the circuit implementing f by applying the assignment A to the inputs X and propagating the constants through the circuit using the usual reduction rules. Similarly, circuits implementing co-factors h(i, Y ), i ∈ {1, 2, . . . , k-1}, can be obtained by propagating an assignment of variables of X leading to the i-terminal node of G g . Recall, that g is a function of type g : {0, 1} |X| → {0, 1, ..., k -1}, so G g is a multiterminal BDD with k terminal nodes.

To maximize the sharing of common logic of the i circuits implementing co-factors h(i, Y ), i ∈ {0, 1, . . . , k-1}, i assignments A are chosen so that they differ in the fewest number of bit positions.

The function h(g(X), Y ) is obtained by combining the co-factors in a Shannon expansion as follows:

h(g(X), Y ) = k-1 i=0 g i1 1 (X)g i2 2 (X) . . . g ir r (X)h(i, Y ) (1)
where (i 1 , i 2 , . . . , i r ) is the binary expansion of i, r = log 2 k , and the term g ij j is defined by

g ij j =
g j if i j = 1 g j otherwise for j ∈ {1, 2, . . . , r}.

Constructing the circuit for g

Suppose that B is an assignment of variables of Y such that h(i, B) = h(j, B) for some i, j ∈ {0, 1, . . . , k -1}, i = j. Then f (X, B) = h(g(X), B) where the co-factor h(g(X), B) is neither constant 0, nor constant 1, i.e. it depends of g(X).

Since h is a function of type {0, 1, ..., k -1} × {0, 1} |Y | → {0, 1}, the co-factor h(g(X), B) is a function of type {0, 1, ..., k -1} → {0, 1}. Note that, for k = 2, h(g(X), B) is either an identity, or a complement. Thus, at this step, the problem of constructing the circuit for g(X) is solved for k = 2. For larger values of k, the following strategy is used.

The k-valued function g(X) can be expressed as

g(X) = k-1 i=0 i • g i (X)
where g i : {0, 1, . . . , k -1} |X| → {0, 1} are multiplevalued literals defined as:

g i (X) = 1 if g(X) = i 0 otherwise
For a given encoding of k values of g(K), each of the functions g 1 (X), g 2 (X), . . . , g r (X), r = log 2 k , encoding g(X), can be represented as a sum of some literals g i (X)'s.

Consider a decomposition chart of h(g(X), Y ) with columns representing k values of g(X) and the rows represent all combinations of the variables of Y . Any nonconstant row of h(g(X), Y ) represents a sum of some literals g i (X), i ∈ {0, 1, . . . , k -1}.

In the best case, there exist rows in the decomposition chart corresponding directly to the encoded functions g 1 (X), g 2 (X), . . . , g r (X). If h(g(X), A) = g j (X) for some assignment A of the variables of Y , then the circuit implementing g j (X) can be obtained from the circuit implementing f by applying the assignment A to the inputs Y and propagating the constants.

In the worst case, the literals g i (X), i ∈ {0, 1, . . . , k -1}, need to be computed by ANDing selected rows of h(g(X), Y ). Afterward, the functions g 1 (X), g 2 (X), . . . , g r (X) are obtained as a combination of g i (X).

Conclusion and Future Work

This paper has two contributions: (1) a heuristic for finding a bound set X which results in the disjoint-support decomposition with a good area/delay trade-off; (2) an algorithm which transforms the original circuit into the decomposed circuit.

Our preliminary experimental results on IWLS'02 benchmarks set show that the proposed technique usually results in a smoother trade-off between area and delay compared to the one of SIS. More experiments are needed to make a thorough evaluation.

Proceedings of the Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition (DATE'05)

Proceedings of the Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition (DATE'05) 1530-1591/05 $ 20.00 IEEE


Igor L Markov
email: imarkov@eecs.umich.edu

Dmitri Maslov
email: dmaslov@uvic.ca

Uniformly-switching Logic for Cryptographic Hardware

Recent work on Differential Power Analysis shows that even mathematically-secure cryptographic protocols may be vulnerable at the physical implementation level. By measuring energy consumed by a working digital circuit, one can glean enough information to break encryption. Thwarting such attacks requires a new approach to logic and physical design. In this work, we seek to equalize switching activity of a circuit over all possible inputs and input transitions by adding redundant gates and increasing the overall number of signal transitions. We introduce uniformly-switching (U-S) logic, and present a doubling construction that equalizes power dissipation without requiring drastic changes in CAD tools.

Introduction

Demands for tighter security are rapidly growing at banks and ATMs, airports, industrial sites, military installations, large entertainment complexes and power stations. These demands are often addressed using electronic cryptographic hardware. However, such hardware may not be as secure as it seems. Researchers proposed and demonstrated several types of physical attacks on relevant hardware, including Differential Power Analysis (DPA) [START_REF] Kocher | Differential Power Analysis[END_REF], keystroke capture [START_REF] Stroh | Loose Clicks Sink Computers[END_REF], recording electromagnetic-emission [START_REF] Knight | Computer Chip Noise May Betray Code[END_REF] and even acoustic attacks [START_REF] Shamir | Acoustic Cryptanalysis[END_REF].

In this work, we seek to complicate attacks against cryptographically secure hardware that are based on DPA. DPA technique uses measurements of power consumption of a circuit in different circumstances in the hope that energy patterns may correlate with signal patterns. We propose to thwart DPA using the new concept of uniformly-switching (U-S) circuits that leak less side-channel information than conventional logic circuits. We also study U-S versions of common logic blocks, such as adders and comparators. Given the overhead of uniformlyswitching logic, we do not expect that complete secure systems will be entirely based on such circuits. For example, some cryptographic algorithms use published look-up tables that do not compromise secure information. Such look-up tables do not necessarily need to be protected from information leakage. Our work also describes a design technique called the doubling construction, which, applied to a U-S circuit results in construction of a highly DPA resistant circuit.

Definitions, the doubling construction

As we seek to equalize power dissipation in whole circuits, we might want to start with single gates and model energy dissipated on highfanout nets by inserting buffers. Explicitly accounting for simultaneous transitions on multiple inputs is a known obstacle in circuit analysis, and we therefore resort to a standard modelling assumption where only one input is allowed to transition at a time. Multiple-input transitions are modelled as shortest sequences of single-input transitions, which statistically gives a reasonable approximation of circuit physics. In practice, input transitions that are not synchronized do not have to arrive simultaneously and can be deliberately separated in time by gate sizing, buffering and clever layout. When selecting gate libraries, we will require that every gate has the same number of switching outputs for every possible single-output transition. Therefore, when a multiple-input transition is decomposed into a shortest sequence of single-bit transitions, the overall result (in terms of power) does not depend on the specific sequence chosen. Formally, we define U-S gates as follows.

Definition 1. A gate f (x1, x2, ..., xn) = (y1, y2, ..., y k ) with n inputs and k outputs is uniformly-switching (U-S) iff there is a constant 0 < M f ≤ k with the following property. For any input combination (x1, x2, ..., xn), changing the value of any single bit in it will lead to changing exactly M f output bits.

We next define two variants of U-S circuits. Definition 2. A circuit is called weak U-S if for each input wire xi there exists a constant di such that for any one-bit input transition on xi, the circuit experiences di output transitions. Definition 3. A circuit is called strong U-S with a fixed parameter C if for any one-bit input transition, it experiences C gate switches. 1We now revisit (as compared to 1 ) the conversion of an arbitrary weak U-S circuit C into a strong U-S circuit, and also consider extending an arbitrary strong U-S circuit so that it experiences the same number of transitions on every clock cycle, regardless of the number of input transitions. The latter clearly requires sequential gates, otherwise no transitions can happen when input values stay constant. Below, we present a doubling construction that effectively performs both tasks.

We clone C and connect its identical copy C 2 in such a way that the input wire x i of C 2 transitions if and only if the input wire x i of C does not transition. To accomplish this, each input of C 2 is computed as an XOR of an input of C and an output of a shared toggle (T) flip-flop, as shown in Figure 1. Given a multi-bit input transition, the number of signal transitions in C is the sum of d i over indices of transitioning input wires. Similarly, the number of signal transitions in C 2 is the sum of d i over complementary indices. Therefore, the total is Σd i , and thus the overall energy dissipation is always the same. The outputs of C 2 are considered "garbage wires" and grounded. If the resulting short-circuit power is a concern for DPA, dual-rail logic can be used to equalize energy dissipation of logic 0 and 1.

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Figure 1: Complementary inputs. A potential problem with the doubling construction above is that when C is large and none of its inputs switch, each input of C2 must

AN D u-s OR u-s XOR u-s xy, x ȳ x ∨ y, x ∨ ȳ x ⊕ y xy, a ⊕ x ȳ x ∨ y, a ⊕ x ∨ ȳ x ⊕ y, ā xy, a ⊕ b ⊕ x ȳ x ∨ y, a ⊕ b ⊕ x ∨ ȳ x ⊕ y, a ⊕ b Table 1: U-S
variants of AND, OR and XOR with primary inputs x and y and garbage inputs a and b. switch, forming a detectable hot-spot if C2 is laid out separately from C. This concern can be addressed by the following layout interleaving technique. Since we are dealing with two copies of the same circuit, we match each gate in C with its unique copy in C2 and place matched pairs side by side. To accomplish interleaving with existing layout tools, we artificially double the width of every gate in C, place the bloated gates with existing software, then shrink the gates to their original size and use the remaining room to place each gate of C2 next to its original from C.

Uniformly-switching gates

A complete set of gates is usually required for synthesis. The following U-S two-input two-output gates with parameter M f = 1 are derived from the AND and NOT gates, which shows that they alone form a complete gate library:

(x 1 , x 2 ) → (x 1 x 2 , x 1 ∨ x 2 ) and (x 1 , x 2 ) → ( x1 , x2 ).
Observe that the former gate computes both AND and OR functions. Further, it is possible to directly construct U-S extensions of other common gates, such as NAND and NOR, and multi-input gates such as MAJ and AOI.

Lemma 1. Every n-input k-output Boolean function can be extended to an n-input 2k-output U-S function with parameter M

f = k.
Non-traditional U-S gates can be assembled from more common CMOS gates, and may be optimized at the transistor level. However, care should be taken to ensure that all new gates with equal M f dissipate approximately equal amounts of energy at every transition. This can be achieved by varying widths of individual transistors.

Adapting conventional logic circuits

Since we now have a universal U-S gate library, our next step is adapting conventional logic circuits to the weak U-S form. As an input we take a NOT-AND-OR-XOR circuit. We first substitute every gate in the circuit with a U-S variant using Lemma 1, leaving new gate outputs (garbage) unconnected. Eventually, the main output of each gate and the newly-constructed garbage output will connect to the same downstream gate. However, such a downstream gate will have to accommodate three or four inputs, including one or two garbage inputs that do not affect the main output. Such gates can be constructed by adding disconnected inputs to two-input one-output gates and applying Lemma 1 to define the additional garbage output (see examples in Table 1). In the constructed circuit, all wires except primary inputs are paired up -the main gate output and the garbage output. In each such pair, exactly one wire switches after a one-bit input transition at their driving gate. If inputs of every gate transition one bit at a time, then the resulting circuit is weak U-S because every one-bit input transition sensitizes all signal paths originating from it. Figure 2 illustrates how (a) conventional circuit for a full adder can be transformed into (b) weak U-S. U-S variants of AND, OR and XOR gates (see Table 1) are marked with "u-s". Analysis of transistor layouts suggests that the overhead of this circuit transformation is between 2 and 5 times by area, and much smaller in terms of signal delay.

Comparisons to related work

The work most related to ours includes the SABL logic family [START_REF] Tiri | A Dynamic and Differential CMOS Logic With Signal-Independent Power Consumption to Withstand Differential Power Analysis on Smart Cards[END_REF] and the recent Wave Dynamic Differential Logic (WDDL) [START_REF] Tiri | A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation[END_REF]. A major advantage of WDDL is that it can be handled by a traditional EDA tool flow. Our work goes further in the sense that we show how to reuse existing tools for synthesis and layout. However, we pursue a somewhat different task -equalizing energy dissipation, not total power consumption. Indeed, in CMOS power is consumed mostly during 0-1 transitions, but both 0-1 and 1-0 transitions dissipate energy. We observe that empirical results in [START_REF] Tiri | A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation[END_REF] require careful interpretation. For example, path delay overhead in Table 1 does not account for the use of every second cycle in WDDL circuits for "pre-charging waves", which halves data rate for the same cycle time. Our techniques do not affect data rate. Area and delay overhead may strongly depend on the logic function. Indeed, the WDDL logic requires re-expressing each Boolean function using AND/OR/NOT gates, while the U-S logic extends existing circuits. The former results in a large overhead when many XOR operations are required, e.g., in the Kasumi algorithm [START_REF] Tiri | A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation[END_REF]. Our techniques adapt existing circuits and do not impose significant restrictions on the gates used. They incur the smallest overhead on circuits consisting entirely of XOR/XNOR/NOT gates. Since in WDDL all inputs are pre-charged to zero, the use of AND/OR gates instead of NAND/NOR seems unavoidable, implying additional 50% area overhead in CMOS (however, a convenient LUT-based implementation is proposed in [START_REF] Tiri | A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation[END_REF]). This and the pairing of AND/OR gates in WDDL implies a lower bound of 3x on area overhead, which agrees with empirical data in [6, Table 1] and sharpens the lower bound of 2x advertised in [START_REF] Tiri | A Logic Level Design Methodology for a Secure DPA Resistant ASIC or FPGA Implementation[END_REF]. The use of WDDL may require complete re-synthesis, while we adapt existing circuits and preserve the structure of critical paths.

Conclusion

We propose a new architecture for cryptographic applications to mitigate side-channel information, especially dissipated energy. Our uniformization and doubling constructions equalize energy dissipation for all inputs, states, as well as input and state transitions.

Figure 2 :

 2 Figure 2: Three-bit full adders.

Note that strong U-S circuits are precisely weak U-S circuits with zero variation V , where V := 1≤i≤n (max{d 1 , d

, ..., d n }d i ). This observation can be used to harden a weak U-S circuit into a strong U-S circuit by decreasing variation to zero while preserving the weak U-S property.

Proceedings of the Design, Automation and Test in Europe Conference and Exhibition (DATE'05) 1530-1591/05 $ 20.00 IEEE