Protocole expérimental : exercices corrigés de Seconde

Hypothèse : la lumière influence la germination des graines de lentilles (par exemple, elle l'accélère ou la ralentit). On la formule en liant un paramètre à un résultat observable.

Paramètre qui varie : l'éclairage. L'une des assiettes en reçoit, l'autre non. C'est le seul écart entre les deux dispositifs.

Paramètres fixes : le nombre de graines (20), le support (coton humide), la température de la pièce, le volume d'eau quotidien (10 mL). Tout autre facteur susceptible de jouer, comme la variété de lentilles, doit aussi être le même.

Expérience témoin : l'assiette près de la fenêtre, qui reste dans les conditions habituelles. L'assiette dans le placard est l'essai où l'on modifie le paramètre testé. Selon la façon dont Léa formule son hypothèse, on peut aussi inverser ces rôles, à condition de le dire clairement.

Nombre de températures : 4.

Nombre de répétitions pour chacune : 3.

Total : $4 \times 3 = 12$ mesures.

On commence par le matériel : (f) préparer deux béchers identiques et propres.

On fixe le volume : (b) verser 100 mL d'eau dans chacun.

On relève la température : (d). Elle est une condition de l'expérience, donc elle se mesure avant de lancer le sucre.

On lance l'expérience : (e) introduire le sucre, en même temps que (c) le déclenchement du chronomètre. Dans le protocole, on écrit (e) puis (c) en précisant que le chronomètre démarre au contact du sucre et de l'eau.

On termine par (a) : noter le temps de dissolution complète.

Ordre proposé : f, b, d, e, c, a.

Somme des durées : $12{,}4 + 12{,}8 + 12{,}1 + 12{,}7 = 50{,}0$ s.

Nombre d'essais : 4.

Moyenne : $\dfrac{50{,}0}{4} = 12{,}5$ s.

Interprétation : de petites variations viennent du déclenchement manuel du chronomètre, de la forme exacte du morceau de sucre et de l'agitation de l'eau. Ces écarts sont normaux et justifient de répéter les mesures.

Défaut 1, deux paramètres varient : l'espèce (basilic ou menthe) et l'engrais. Correction : utiliser deux plantes de la même espèce, de taille comparable au départ.

Défaut 2, les conditions ne sont pas identiques : seul le pot sans engrais est précisé près de la fenêtre. Correction : placer les deux pots au même endroit, avec la même lumière et la même température.

Défaut 3, protocole flou : « quand il faut », « quelques jours » et « de l'engrais » sans quantité ne se reproduisent pas. Correction : indiquer le volume d'eau et sa fréquence, la quantité d'engrais, la durée exacte.

Défaut 4, pas de mesure : « a le mieux poussé » est un avis. Correction : choisir une grandeur mesurable, par exemple la hauteur de la tige en centimètres, relevée au même moment à chaque fois, et la noter dans un tableau.

Remarque : le pot sans engrais joue le rôle de témoin, ce qui est une bonne idée, mais il ne peut servir de référence que si tout le reste est identique ⁴.

Conversion du volume : $250\ \text{mL} = 0{,}250\ \text{L}$.

Masse à peser : $m = 20\ \text{g/L} \times 0{,}250\ \text{L} = 5{,}0\ \text{g}$.

Déroulé : peser 5,0 g de sel sur une balance après avoir réglé le zéro avec la coupelle ; introduire le sel dans une fiole jaugée de 250 mL ; ajouter de l'eau distillée aux trois quarts, boucher et agiter jusqu'à dissolution ; compléter jusqu'au trait de jauge puis homogénéiser.

Vérification : chaque action cite un instrument précis et une quantité chiffrée, ce qui rend la préparation reproductible.

Masse volumique mesurée : $\rho = \dfrac{49{,}2\ \text{g}}{50{,}0\ \text{mL}} = 0{,}984\ \text{g/mL}$.

Comparaison : l'écart avec 1,00 g/mL vaut 0,016 g/mL, soit environ 1,6 %. Un écart de cet ordre est du même ordre de grandeur que la précision d'une éprouvette graduée.

Conclusion mesurée : le résultat est cohérent avec le modèle, sous réserve des incertitudes de la mesure. On ne peut pas affirmer que le modèle est faux sur la base d'un seul essai.

Améliorations possibles : utiliser une fiole jaugée ou une pipette jaugée pour mieux contrôler le volume ; refaire plusieurs mesures et en faire la moyenne ; relever la température de l'eau, car la masse volumique en dépend légèrement ; vérifier le réglage du zéro de la balance.

Non, la conclusion est trop rapide. Une expérience dit si le résultat va dans le sens de l'hypothèse ou non, mais d'autres paramètres mal maîtrisés ont pu produire l'écart observé ⁴.

Cause possible 1 : une dose d'engrais trop forte, qui change le paramètre testé lui-même (il s'agit alors d'une quantité différente à tester).

Cause possible 2 : une différence de conditions entre les deux lots, par exemple une lumière ou une température différente.

Cause possible 3 : un protocole trop imprécis ou un nombre de graines trop faible, donc un résultat dû au hasard.

Suite à donner : relire le protocole, corriger les défauts repérés, refaire l'expérience avec plusieurs répétitions et peut-être plusieurs doses, puis comparer. Il peut aussi réviser son hypothèse en la précisant.

Paramètre qui varie : la température de l'eau (10 °C, 30 °C, 50 °C). Grandeur mesurée : la durée de dissolution complète du comprimé, en secondes.

Paramètres fixés : volume d'eau (100 mL), type et masse du comprimé, type de bécher, absence d'agitation.

Déroulé : 1) mesurer 100 mL d'eau avec l'éprouvette et la verser dans un bécher ; 2) ajuster l'eau à la température visée et la relever au thermomètre ; 3) introduire un comprimé et déclencher le chronomètre au contact ; 4) l'arrêter quand il n'y a plus de comprimé visible ; 5) noter la durée dans un tableau ; 6) refaire l'essai trois fois par température.

Traitement : calculer la durée moyenne pour chaque température et comparer les moyennes.

Confrontation : si la durée moyenne diminue quand la température augmente, le résultat va dans le sens de l'hypothèse ; sinon, on revérifie d'abord le protocole avant de conclure ⁴. On respecte les règles de sécurité du laboratoire pour manipuler l'eau chaude.