G UIDE MÉTHODOLOGIQUE EN CHIMIE
P ROFIL S CIENCES DE LA NATURE
V ERSION 2017
D ÉPARTEMENT DE CHIMIE
C ÉGEP DE S T -L AURENT
T ABLE DES MATIÈRES
1 - Sécurité au laboratoire... 1
Les règles de sécurité ... 1
Les mesures à prendre en cas d’accident ... 3
Les matières dangereuses ... 4
2 - Fonctionnement au laboratoire ... 9
Règles à suivre lors de la rédaction d’un cahier de laboratoire ... 9
3 - Rédaction d’un rapport de laboratoire ...14
Page couverture ...14
Objectifs de l’expérience ...14
La théorie ...14
Le mode opératoire ...15
Résultats ...15
Conclusion ...16
Annexe ...17
4 - Les valeurs numériques ...18
L’unité ...18
La conversion d’unité ...19
La notation scientifique...20
Les chiffres significatifs ...20
L’incertitude et les erreurs ...24
Précision et exactitude ...29
5 - Utilisation d’instruments ...33
La balance...33
Le spectrophotomètre GENESIS 20 ...35
Le briquet et le brûleur ...36
1 - S ÉCURITÉ AU LABORATOIRE
Un laboratoire de chimie est un local renfermant des produits toxiques, des explosifs, des appareils dangereux et plusieurs potentiels gaffeurs. Malgré tout, il est possible de travailler en sécurité si l’on fait preuve de jugement et que l’on suit certaines règles.
Les règles de sécurité Bien se vêtir
Se couvrir permet d’éviter les contacts entre vous et les produits potentiellement dangereux. Le port de certaines pièces de vêtements est obligatoire :
Les lunettes protectrices ou de lunettes de vision (verres correcteurs).
Le sarrau (boutonné en tout temps).
Des souliers couvrant complètement les pieds.
Un vêtement couvrant les jambes et les chevilles (pantalon, jupe longue et bas longs).
Les cheveux longs doivent être attachés derrière la tête (pas de lulus).
Il est important de savoir que le port de lentilles cornéennes (verres de contact) est défendu au laboratoire. Si les yeux entrent en contact avec une goutte de liquide ou des vapeurs, le produit chimique pourrait réagir avec la lentille cornéenne et grandement endommager les yeux.
Préparer son expérience
Bien connaître les dangers potentiels des produits qui seront utilisés permet d’éviter les situations dangereuses. De plus, certains appareils peuvent être dangereux s’ils sont mal utilisés. Il est donc nécessaire de :
Trouver les fiches de données de sécurité des produits qui seront utilisés (voir page 5).
Faire les montages comme demandé (protocole de laboratoire).
Suivre le protocole de l’expérience (protocole de laboratoire).
Les équipements de sécurité
Un laboratoire est spécialement conçu pour assurer la sécurité des expérimentateurs. Il est truffé d’équipements qui sont utilisés en cas d’accident. Prenez l’habitude de repérer où sont situés :
Sorties de secours
Douche & lave-yeux (déversement)
Couvertures ignifuges & extincteurs (feu)
Trousse de premiers soins (blessure)
Éviter les contacts avec les produits chimiques
Un produit est rarement néfaste pour la santé s’il n’entre pas en contact avec le corps. Il est donc préférable d’éviter tout contact inutile avec ces produits. Ceci peut être réalisé en adoptant les habitudes suivantes :
Laver vos mains à la sortie d’une séance laboratoire.
Ne pas toucher inutilement les substances que vous manipulez.
Ne pas goûter ou inhaler les produits chimiques.
Ne pas faire goûter ou inhaler les produits chimiques à un collègue.
Ne jamais pipetter un liquide avec la bouche (utiliser des poires à pipette).
Ne pas consommer de la nourriture ou des boissons dans le laboratoire.
Disposer des produits de la bonne manière
Certaines réactions chimiques peuvent être hautement dangereuses. Pour éviter les explosions ou la formation de gaz toxique, il est préférable de ne pas mélanger tous les produits chimiques ensemble. Certaines règles doivent être suivies afin de conserver séparément les produits chimiques et minimiser les contacts avec les déchets.
Seules les substances non toxiques et solubles dans l’eau peuvent être jetées à l’évier.
Les déchets dangereux doivent être jetés dans les contenants prévus à cet effet.
Dans le doute, consultez le responsable.
Ne jamais remettre un excès de réactif dans le contenant d’origine (contamination).
Ne pas faire de mélanges improvisés.
Manipuler le verre brisé avec le balai et le porte-poussière placés à l’avant du local.
Jeter le verre brisé dans le contenant réservé à cette fin (boîte en carton blanc).
Calme, prudence et prévoyance
Prévoir les potentiels accidents et agir en conséquence permet d’éviter les complications. Même sans flammes, les appareils chauffants peuvent brûler la peau et allumer des feux. Les accidents les plus communs peuvent être évités en suivant ces habitudes :
Utiliser de la vaisselle propre (réaction imprévue).
Avant d’allumer une flamme, vérifier qu’il n’y a pas de solvant inflammable ou un robinet de gaz ouvert à proximité.
Fermer le brûleur aussitôt que vous avez terminé de l’utiliser. Ne jamais laisser une flamme ou un montage sans surveillance.
Les appareils électriques ne doivent pas être placés près de sources d’eau.
Dégager les passages entre les tables afin d’y faciliter le passage. Pour vos effets personnels, utiliser les casiers situés à l’extérieur du laboratoire.
Ne pas courir en laboratoire.
Il est strictement interdit de sortir tout produit chimique du laboratoire.
Les mesures à prendre en cas d’accident
Tous accidents peuvent être dangereux. Il est donc primordial de toujours avertir les techniciens et enseignants sur place. Le non-respect des consignes de sécurité entraîne l’expulsion pour une ou plusieurs séances de laboratoire et est sanctionné par la note de 0 % pour cette ou ces expériences.
Incendie
Gardez toujours votre calme. Éloignez du feu les matières combustibles et fermez le brûleur ou l’appareil en marche s’il y a lieu. Si le feu survient dans la hotte, abaissez-en la fenêtre. Appelez immédiatement l’enseignant ou le technicien. Un petit feu peut être contrôlé en le couvrant d’un verre de montre ou d’une toile d’amiante. S’il s’agit d’un incendie plus important, l’extincteur peut être utilisé. Si le feu ne peut pas être contrôlé, évacuez immédiatement les lieux et déclenchez l’alarme. Si une personne est en feu, arrosez la personne abondamment en utilisant la douche. Vous pouvez aussi étouffer les flammes en enroulant la personne dans la couverture ignifuge.
Traitement des brûlures
Dans le cas de brûlures mineures, trempez la partie brûlée dans l’eau tiède pour atténuer la douleur et utilisez un pansement stérile sec (trousse de premiers soins) afin de prévenir l’infection. Dans le cas de brûlures graves, couvrez la partie atteinte d’un linge propre pour supprimer le contact avec l’air et diriger rapidement la personne atteinte vers une clinique d’urgence.
Projection sur la peau ou dans les yeux
Rincez immédiatement à l’eau tiède la surface atteinte pendant au moins 15 minutes. Pour ne pas augmenter les risques de complications, il est bien important de ne pas toucher/frotter la partie atteinte. Dans le cas où la région atteinte est importante, utilisez la douche d’urgence et enlevez le sarrau et les vêtements contaminés. Si la projection atteint les yeux, rincez immédiatement l’œil atteint à l’aide du lave-yeux pendant au moins 15 minutes. Faire rouler l’œil afin d’en rincer toutes les parties et cela, même en absence de douleur ou de picotement. La personne atteinte devra aller consulter un médecin dans une clinique d’urgence.
Déversement
Lorsque des quantités appréciables de substances volatiles, inflammables ou toxiques sont renversées, fermez les brûleurs et les appareils chauffants en marche et avertissez le responsable. Des mesures spéciales seront prises pour récupérer la substance renversée (trousse de déversements). Cette mesure s’applique également lors du bris d’un thermomètre à mercure.
Rougeur, douleur ou malaise
Avisez le responsable de toute blessure même mineure, toute apparition de rougeur et tout autre malaise afin qu’il puisse évaluer s’il y a nécessité de consulter un professionnel de la santé.
Les matières dangereuses
Les substances qui sont manipulées au laboratoire peuvent comporter certains dangers. Il est possible de s’informer sur la dangerosité des produits à l’aide de différentes sources d’informations.
SIMDUT 2015 (Système d’Information sur les Matières Dangereuses Utilisées au Travail)
La CSST a développé un système de classement des matières dangereuses. Les différents aspects de la nature du danger sont séparés en classes désignées par un symbole (tableau 1.1). Il existe aussi des sous-catégories numérotées qui décrivent l’importance du danger (1 = très dangereux alors que 4 = peu dangereux). Si le produit présente un danger, les symboles appropriés doivent être présents sur la bouteille du produit.
Tableau 1.1 : Description des différentes classes SIMDUT
Symbole Description Symbole Description
Explosif :
Peut exploser ou en réagir violemment sous certaines conditions.
Toxique ou mortel :
Peut donner la mort à faibles doses et doivent être manipulés extrême précaution.
Inflammable :
Peut s’enflammer ou brûler facilement au contact de l’air.
Danger pour la santé : Produits sensibilisants, mutagènes,
cancérogènes ou reprotoxique.
Comburant : Peut causer ou favoriser la
combustion/oxydation d’une autre matière.
Attention, danger! : Produit faiblement toxique, irritant,
sensibilisant, narcotique.
Gaz sous pression : Produits contenus sous pression.
Danger biologique : Organismes vivants (ou leurs toxines)
pouvant provoquer des maladies.
Corrosif :
Peut corroder les surfaces métalliques ou provoquer des brûlures chimiques.
Danger pour l’environnement : Peut être nocif pour le milieu aquatique.
Pas obligatoirement présent sur la bouteille.
Fiches de Données de Sécurité (FDS)
Une fiche de données de sécurité est un bulletin exhaustif qui fournit la majorité des renseignements ayant trait à l’utilisation d’un produit chimique. Elle est préparée et transmise par le fournisseur, elle doit être disponible et rapidement accessible aux travailleurs pour consultation. Une fiche de données de sécurité canadienne doit contenir au moins les seize catégories de renseignements suivants :
1. Identification
2. Identification des dangers
3. Composition/information sur les composants 4. Premiers soins
5. Mesures à prendre en cas d'incendie
6. Mesures à prendre en cas de déversements accidentels 7. Manutention et stockage
8. Contrôles de l'exposition/ protection individuelle 9. Propriétés physiques et chimiques
10. Stabilité et réactivité 11. Données toxicologiques
12. Données écologiques (le fournisseur peut ne pas fournir de renseignements dans cette section)
13. Données sur l'élimination du produit (le fournisseur peut ne pas fournir de renseignements dans cette section) 14. Informations relatives au transport (le fournisseur peut ne pas fournir de renseignements dans cette section) 15. Informations sur la réglementation (le fournisseur peut ne pas fournir de renseignements dans cette section) 16. Autres informations
Lors de la planification de vos différentes expériences, vous serez appelés à aller consulter les fiches de données de sécurité de certains produits. Il est bien important de lire les sections 4 (Premiers soins), 8 (Protection individuelle) et 10 (Réactivité). Ces fiches sont disponibles dans le laboratoire, mais vous pouvez aussi trouver ces fiches sur internet aux adresses suivantes (juin 2017) :
Le site de la CSST
o http://www.reptox.csst.qc.ca/
Le site d’un fournisseur de produits chimiques
o https://ca.vwr.com/store/search/searchMSDS.jsp
o https://www.fishersci.ca/ca/fr/catalog/search/sdshome.html
Un exemple de la première page d’une fiche de données de sécurité est montré à la figure 1.1. C’est souvent l’acronyme WHMIS (SIMDUT en anglais) qui est utilisé dans les fiches de données de sécurité.
Figure 1.1 : Première page d’une fiche de données de sécurité du méthanol (repéré à sigma-aldrich.com)
Classes SIMDUT
Sous-catégories
SIMDUT
Étiquettes
Un fournisseur ne peut pas vendre ou importer un produit contrôlé par le SIMDUT et destiné à être utilisé dans un milieu de travail, à moins que son contenu ne soit adéquatement étiqueté. Sur la bouteille originale, l’étiquette du fournisseur doit contenir les informations suivantes :
1. Identification du produit
2. Identification du fournisseur initial 3. Pictogrammes
4. Mention d’avertissement 5. Mention de danger 6. Conseils de prudence
Si l’étiquette du fournisseur d’un contenant est devenue illisible, déchirée ou enlevée ou si le produit est transféré dans un autre contenant, une étiquette du lieu de travail doit être fabriquée. Un produit ne peut pas être utilisé sur un lieu de travail si sa nouvelle bouteille n’est pas adéquatement étiquetée et identifiée. Cette étiquette dite du lieu de travail doit contenir les informations suivantes :
Le nom du produit.
Les directives sur la manipulation sécuritaire
La référence à la fiche de données de sécurité
Figure 1.2 : Exemple d’une étiquette du fournisseur (Repéré à http://www.csst.qc.ca/prevention/reptox/
simdut-2015/Pages/etiquette-fournisseur.aspx)
Codification des dangers selon la NFPA
La National Fire Protection Association (NFPA) est une organisation américaine ayant proposé un système de codification des substances chimiques qui permet de connaître rapidement leur degré de danger. Il s’agit d’un carré séparé en 4 cases dont les couleurs ont une signification particulière. Ce code a cours dans plusieurs pays dans le monde et il est fréquemment retrouvé sur l’étiquette de produits chimiques achetés aux États-Unis.
Dans les cases de couleur, un chiffre de 0 à 4 apporte une précision sur le danger.
0 : pas de danger 1 : danger léger 2 : danger modéré 3 : danger sévère 4 : danger extrême.
Dans la case blanche, un symbole apporte de l’information particulière sur le danger du produit :
ACID ALK
Produit oxydant Éviter le contact avec de l’eau
Produit radioactif Acide Base
Cahier de laboratoire
Le cahier de laboratoire doit contenir la classe SIMDUT de tous les produits chimiques utilisés autres que l’eau. Les équipements de protection nécessaires (autre que sarrau et lunettes de protection) ainsi que les informations demandées dans le protocole ou par le professeur.
2 - F ONCTIONNEMENT AU LABORATOIRE
Le travail au laboratoire se fait en équipe de deux. Au début de la session, une place dans le laboratoire et un casier de matériel sont attribués à chaque équipe. Cette place est conservée durant toute la session à moins d’avis contraire. Le matériel utilisé est divisé en deux parties : le matériel personnel (verrerie, thermomètre, etc.) se retrouve dans un casier verrouillé, alors que le matériel commun à la disposition de tous (balances, pinces métalliques, brûleurs, etc.) est réparti dans le laboratoire. Chaque équipe doit nettoyer le matériel qu’elle utilise, garder son tiroir et le casier de matériel commun en ordre et nettoyer les appareils après les avoir utilisés.
Pour entrer au laboratoire, chaque étudiant doit obligatoirement amener son sarrau, ses lunettes de protection et son cahier de laboratoire correctement préparé. Un étudiant absent à un laboratoire demeure responsable des apprentissages prévus au moment de cette séance, ceci en vue de l’examen de laboratoire. Le cahier de laboratoire est le seul document auquel vous avez droit durant les expériences et auquel vous aurez droit lors de l’examen de laboratoire individuel à la fin de la session.
Pour être admis aux séances de laboratoire, chaque étudiant doit avoir préparé à l’avance son expérience dans le cahier de laboratoire. Cette préparation, sous forme de schéma, sert à bien comprendre chaque étape de l’expérience afin de travailler sans perte de temps et avec le moins de risques d’erreurs ou d’accidents possible. Le cahier de laboratoire constitue un document d’archives dans lequel l’étudiant, le professeur ou une tierce personne doivent être en mesure de s’y retrouver. Le cahier de laboratoire doit être bien identifié (page de présentation complète), comprendre une table des matières complète et être paginé. Le cahier de laboratoire contient également toutes les données expérimentales et observations recueillies par l’étudiant durant l’expérience, ainsi que les modifications de dernière minute au protocole, précisées par le professeur. Il se peut que ces observations doivent être validées et que le professeur paraphe le cahier avant votre départ de la séance de laboratoire.
Les rapports de laboratoires se font également en équipe de deux et les deux membres de l’équipe doivent contribuer à leur rédaction. Advenant le cas contraire, le professeur obligera chaque coéquipier à lui remettre un rapport de laboratoire.
Règles à suivre lors de la rédaction d’un cahier de laboratoire
Pour être compris par tous, un cahier de laboratoire doit avoir une structure uniforme et suivre quelques règles précises.
Le cahier de laboratoire doit être rédigé à l’encre non effaçable, dans un français correct. Aucun liquide correcteur ne doit être utilisé dans le cahier de laboratoire. Les valeurs erronées doivent être proprement rayées d’un seul trait (la valeur doit être encore visible) et la nouvelle valeur est notée à côté ou en haut de la première. Le but du cahier n’est pas esthétique!
Sur la page couverture, on doit retrouver le nom complet de l’étudiant ainsi que le nom et le numéro du cours de chimie suivi. Au verso de la page couverture, on doit retrouver le nom complet du coéquipier, le numéro de place au laboratoire et la combinaison du cadenas de votre casier. Toutes les pages du cahier de laboratoire doivent être numérotées. La première page lignée est réservée à la table des matières qui doit être remplie au fur et à mesure que les expériences sont effectuées.
Les informations relatives à une expérience doivent être notées sur plusieurs pages consécutives. Chaque expérience doit débuter au recto d’une nouvelle page vide. La page de gauche doit aussi être vide. Les pages de droite (recto) contiennent toutes les informations pertinentes à la réalisation de l’expérience, sans avoir à se référer au manuel polycopié alors que les pages de gauche (verso) sont réservées aux calculs prélab, aux informations de sécurité (Fiche de données de sécurité, classe SIMDUT), certains montages complexes ainsi qu’aux observations et informations obtenues pendant la période de laboratoire.
Les pages recto
Ces pages doivent être remplies avant le début de la séance de laboratoire. Les pages recto contiennent toutes les informations pertinentes qui ont été recueillies avant la période de laboratoire. Ces pages devront contenir assez d’informations pour ne pas avoir besoin de regarder dans le protocole fourni ou dans le cahier du voisin. La préparation d’une expérience peut prendre plus d’une page recto. Il est donc important de commencer une nouvelle expérience sur une page recto vierge et de continuer sur les pages recto suivantes.
L’identification de l’expérience est primordiale. Le titre et le numéro de l’expérience ainsi que la date à laquelle l’expérience a été effectuée doivent être écrits en haut de la première page de préparation. Le numéro de cette page doit être inscrit dans la table des matières. Par la suite, les objectifs et les équations chimiques utiles sont donnés afin de démontrer la pertinence de l’expérience. Dans certains cas, des formules mathématiques devront être utilisées au cours de l’expérience. Ces formules doivent donc être présentes ici.
La dernière section de la préparation décrit les produits chimiques, les appareils et la méthodologie utilisée. On y retrouve un résumé schématisé des différentes étapes du protocole. Ce schéma est un résumé illustré de toutes les étapes du protocole. Il doit contenir toutes les informations pertinentes à la réalisation de l’expérience, sans avoir à se référer au manuel polycopié. Le schéma doit contenir un minimum de mots et de phrases. Il est plutôt composé de symboles, d’abréviations et de flèches. Vous devez conserver une uniformité dans les symboles et les abréviations tout au long de la session. Une légende peut être présentée au début du cahier de laboratoire à la suite de la table des matières.
Les pages verso
Le verso des pages est réservé aux observations quantitatives et qualitatives ainsi qu’aux différentes informations recueillies lors de l’expérience. S’y retrouvent également les calculs prélab ainsi que la dangerosité des produits chimiques (classe SIMDUT, informations supplémentaires exigées dans le protocole). Ces pages ne décrivent pas ce qui devrait être fait (recto), mais ce qui a été réellement fait en laboratoire. Les modifications au protocole, les suppléments théoriques ainsi que les montages présentés lors de la séance de laboratoire doivent être notés dans cette section.
Une partie importante des expériences réside dans l’acquisition de données. Toutes les mesures et observations doivent être notées sur le verso des pages. Les observations quantitatives et qualitatives doivent être rédigées au fur et à mesure de la séance de laboratoire. Il est interdit d’écrire sur des feuilles volantes et de recopier le tout dans le cahier par la suite. Lorsqu’une quantité importante d’observations de même nature est prévue, un tableau doit être tracé sur une page de gauche pour recueillir ces informations. Il est préparé avant l’arrivée au laboratoire. Il porte un titre approprié. En aucun cas les données et observations d’une expérience ne doivent être placées dans les pages du laboratoire suivant. Vous devez prévoir un espace suffisant pour les observations et calculs.
Exemple d’un cahier de laboratoire
15 juin 2017 Labo 2 : Titrage iodométique de l’eau de Javel Objectifs : Déterminer la teneur en NaOCl dans l’eau de Javel. Déterminer sa masse volumique expérimentale. Équations : COVO/O = CRVR/R 2I- + NaOCl + 2H+ → I2 + NaCl + H2O I2 + 2S2O32- → S4O62- + 2I- Protocole : 17
Fiches de données de sécurité : Hypochlorite de sodium (NaOCl) 4% Corrosif pour les métaux : 1 Corrosion cutanée/irritation cutanée : 2 Toxicité spécifique (Organes cibles - Appareil respiratoire) : 3 Dangers pour la santé : 1 Données : Eau de Javel inconnu : #27 Solution incolore dégageant une odeur forte Titrage de l’eau de Javel diluée Vdichromate : 9,26 ± 0,06 mL 9,29 ± 0,06 mL 9,51 ± 0,06 mL (pas concordant) 9,23 ± 0,06 mL Observations : Après l'ajout de KI et d'acide acétique, l'eau de Javel diluée devenait jaune-brun. La couleur palissait lors du titrage. L'ajout d'amidon changeait la couleur de jaune très pâle à bleu-noir foncé. Au ptéquiv, la solution redevenait incolore. 16
Exemple de protocole schématisé
Version texte (manuel de labo) 1.Pesez environ précisément 1g de morceaux d’aluminium.
2. Placez les morceaux d’aluminium dans un bécher de 250 mL et ajoutez-y 50 mL d’une solution d’hydroxyde de potassium KOH 8%.
3.Recouvrez le bécher d’un verre de montre.
4. Chauffez le bécher doucement sous la hotte à l’aide du petit brûleur. Vous devriez observer un dégagement gazeux important. Si le niveau du liquide dans le bécher baisse à environ la moitié du volume original, ajouter un peu d’eau distillée pour revenir au volume de départ. Durant la réaction, le mélange peut devenir gris foncé si l’aluminium n’a pas été bien nettoyé. La réaction est terminée lorsque tout l’aluminium a réagi. Le dégagement gazeux cesse. Le volume de liquide devrait être à ce moment-là à environ 60 % du volume initial.
5. Filtrez par gravité la solution chaude pour éliminer tout résidu solide. Utilisez un erlenmeyer propre de 125 mL pour recueillir le filtrat. Le filtrat (liquide) devrait être clair, les résidus étant restés sur le papier-filtre.
6.Rincez le bécher de réaction 2 fois avec 2 portions de 5 mL d’eau distillée et versez l’eau de rinçage dans l’entonnoir afin de récupérer le maximum d’aluminium.
Version schématisée (cahier de labo)
Balance
50 ml
250 ml
Al
(s)KOH 8%
~1 g
250 ml
Fin rx : Pas de bulles
VFin = ~60 % Si V < 50%, ajout H2O
125 ml Couvrir
Filtration gravité Rinçage : 2 5 ml H2O
Clair?
Sommaire des règles
Encre (pas de liquide correcteur)
Page de présentation : Nom, numéro du cours (recto page couverture)
Nom du coéquipier, numéro de la place, combinaison du cadenas (verso page couverture) Table des matières (première page lignée)
Pagination
Verso Recto
Calculs prélabs et effectués au laboratoire Date
SIMDUT et équipements de sécurité Titre de l’expérience
Modifications au protocole Objectifs
Consignes données au laboratoire Équations et réactions
Montages expérimentaux Protocole schématisé
Numéro de l’inconnu Observations qualitatives
Données expérimentales (tableau)
3 - R ÉDACTION D ’ UN RAPPORT DE LABORATOIRE
Un rapport de laboratoire est un travail écrit décrivant une expérience et présentant les résultats obtenus. Il se fait également en équipe de deux (équipe de laboratoire) et être remis à la date indiquée par le professeur. Les deux membres de l’équipe doivent contribuer équitablement à la rédaction du rapport. Advenant le contraire, le professeur obligera chaque coéquipier à lui remettre un rapport de laboratoire individuel.
Pour certains laboratoires, un rapport partiel ou numérique sera demandé. Ces rapports consistent en un cadre de rapport où certaines questions sont posées. L’équipe devra remplir les tableaux et répondre aux questions directement sur les pages. Le rapport doit être propre, sans ratures et rédigé à l’encre.
Un rapport complet peut aussi être demandé. Le rapport doit être rédigé à l’aide d’un traitement de texte. Les dessins de molécules peuvent être dessinés à la main ou à l’aide d’un logiciel de dessin. Les exemples de calculs peuvent être faits à la main. Un rapport complet est un travail écrit. Sa forme générale doit donc suivre le guide de « présentation d’un travail écrit » disponible sur le site du cégep de St-Laurent.1 Sa nature scientifique demande certaines spécificités.
Un rapport complet doit donc comprendre les sections suivantes :
Page couverture
La première page du rapport consiste en une page pleine où l’on doit retrouver les informations suivantes :
Le nom du cégep.
Le numéro et le titre de l’expérience (le numéro des inconnus si nécessaire).
Le nom des deux coéquipiers.
Le numéro du cours.
Le nom de l’enseignant.
La date de l’expérience et la date de remise du travail.
Objectifs de l’expérience
Il s’agit de décrire en quelques lignes (2 à 3 lignes) le ou les buts à atteindre lors de l’expérience, ce que l’on cherche à observer, à déterminer, à confirmer, à analyser, etc.
La théorie
Dans cette partie, vous devez résumer brièvement dans vos mots la théorie ou les grands principes se rapportant à l’expérience en vous servant de votre cahier de laboratoire, de vos notes de cours et du manuel du cours. Les équations chimiques équilibrées des réactions effectuées doivent être écrites dans cette partie. Il ne s’agit pas de recopier la théorie
1 (2015) Repéré à http://www.cegep-st-laurent.qc.ca/services-etudiants/ressources-et-documents-utiles/documents-utiles/
qui est écrite dans votre recueil de laboratoires. Le but est de préciser les principes mis en jeu dans l’expérience et de prouver que vous avez compris ce que vous avez fait.
Le mode opératoire
Normalement, un rapport complet de laboratoire contient la liste du matériel et des substances chimiques utilisés lors de l’expérience. Les étapes du protocole sont également décrites dans cette partie et les schémas des montages utilisés lors de l’expérience doivent être dessinés. Toutefois, dans le cadre de certains cours, une bonne préparation du cahier de laboratoire remplace cette section du rapport de laboratoire. Vous devez par contre préciser « voir cahier de laboratoire de (nom de l’étudiant) aux pages (indiquer les pages du cahier de laboratoire personnel de l’étudiant) ».
Résultats
Les données et les résultats doivent être présentés de manière logique sous forme de tableaux ou de graphiques. Tous les tableaux et graphiques doivent être identifiés par un numéro (ex. Tableau 1) et un titre complet indiquant le ou les éléments importants du tableau ou du graphique. Ce titre sert à montrer aux lecteurs ce qui doit être spécifiquement observé. Un titre doit pouvoir répondre aux questions suivantes : « qu’est-ce qui est cherché? » et « comment le trouve-t-on? ». Les équations des réactions chimiques étudiées doivent aussi être inscrites dans cette section. Les équations doivent être équilibrées. Aucun calcul ne doit figurer dans cette section. Tous les calculs effectués pour obtenir les résultats compilés dans cette section doivent être présentés en annexe.
Tableau
Les valeurs numériques présentées dans les tableaux sont exprimées avec le bon nombre de chiffres significatifs. Les unités de chaque résultat doivent être inscrites. Si une incertitude a été calculée, elle doit être présente avec la valeur numérique.
Dans la majorité des cas, un tableau sert à déterminer une valeur précise à l’aide de valeurs expérimentales et théoriques pour les différentes expériences effectuées en laboratoire. Pour certaines expériences, plusieurs tableaux seront nécessaires puisqu’il y a plusieurs valeurs recherchées. Comme dans le tableau 3.1, certaines valeurs connues peuvent être dans le titre du tableau et ne devront pas nécessairement être présentes dans le tableau.
Tableau 3.1 : Concentration de l’acide acétique contenu dans l’échantillon inconnu numéro 116 déterminée par titrage avec une solution de NaOH 0,1003 ± 0,0007 M.
Essai VNaOH
(mL) ± 0,06 ml
VNaOH moyen (mL)
Vacide
(mL)
[CH3COOH]
(M)
1 10,47
10,47 ± 0,09 10,00 ± 0,02 0,105 ± 0,002
2 10,50
3 10,44
Graphique
Comme un tableau, un graphique peut servir à faire ressortir une valeur voulue, à déterminer une tendance générale ou simplement à consigner les données expérimentales. En science, la très grande majorité des graphiques sont des nuages de points encadrés par deux axes (x et y). Un graphique complet doit avoir un nom pour chacun des axes présents. Ce nom doit être simple (ex : hauteur, température de la solution, etc.). Les unités de l’axe doivent suivre le nom. Un graphique doit être suffisamment grand pour que la courbe soit visible et que le texte soit facilement lisible. Il est donc normalement recommandé d’agrandir un graphique pour qu’il occupe une page complète.
Discussion
Vous devez donner une interprétation des résultats obtenus, que ce soit des résultats obtenus à la suite de calculs ou des résultats obtenus à la suite d’un traitement graphique. Discutez de la concordance des résultats entre eux (y a-t-il des résultats aberrants? pourquoi?) et discutez de la concordance entre les résultats obtenus et les valeurs de la littérature. Si vous comparez vos résultats à des valeurs de la littérature, vous devez indiquer une référence complète pour la source citée. Indiquez les sources d’erreurs et suggérez des moyens pour les éviter. Répondez également aux questions supplémentaires posées par l’enseignant, le cas échéant.
Conclusion
La conclusion est une réponse aux buts de l’expérience. C’est le résumé, en quelques lignes, de ce que vous avez découvert en faisant l’expérience. Vous devez rappeler les principaux résultats obtenus (ex : le salicylate de méthyle a été synthétisé à partir d’acide salicylique et de méthanol et le rendement obtenu est de 85 %.), sans en donner d’explications. En effet, la conclusion ne doit pas comprendre de nouveaux résultats ou de nouvelles explications, tout ayant déjà été discuté dans la partie discussion. Si un des buts est d’identifier un inconnu par ses caractéristiques physiques ou chimiques, le numéro de l’inconnu ainsi que le résultat obtenu doivent apparaitre dans la conclusion.
Il est souvent de bon aloi d’y ajouter une ouverture. Aidez-vous en répondant aux questions suivantes : Qu’auriez-vous pu faire pour améliorer l’expérience? Est-ce que cette expérience peut être pertinente dans d’autres situations?
Annexe
L’annexe contient les calculs faits pour obtenir les résultats figurant dans les tableaux ou les graphiques de la section résultats. Les unités doivent apparaître clairement dans tous les calculs et les résultats doivent contenir le bon nombre de chiffres significatifs. Les calculs en annexe doivent être bien organisés (respect des marges) et suivre l’ordre suivant :
1. Titre du calcul effectué 2. Équation utilisée
3. Introduire les valeurs utilisées dans l’équation 4. Résultat du calcul
5. Le calcul de l’incertitude (si nécessaire)
6. La réponse exprimée correctement
La masse de liquide
mliquide = mbécher+liquide - mbécher
mliquide = 32,103 g - 28,138 g mliquide = 3,965 g
mliquide = mbécher+liquide + mbécher
mliquide = 0,002 g + 0,002 g
mliquide = 0,004 g mliquide = 3,965 ± 0,004 g
Les références (manuels, cahier de notes de cours, sites web, etc.) utilisées lors de la rédaction du rapport de laboratoire doivent être précisées dans l’annexe, si elles n’ont pas déjà été précisées à l’aide de notes en bas de pages dans les autres parties du rapport. Les références bibliographiques doivent être présentées comme dans le guide de « présentation d’un travail écrit ».2 Celui-ci utilise le style de l’association américaine de psychologie (style APA 6e édition). Le tableau 3.2 ainsi que le site internet suivant peuvent vous aider à faire vos notes bibliographiques selon ce style : http://mondiapason.ca/fichiers/OutilBibliographique/index_APA.php.
Tableau 3.2 : Méthode de rédaction de références selon le style APA 6e édition pour des types communs de sources bibliographiques.
Manuel
Auteur, A. A., & Auteur, B. B. (Année). Titre du livre. Lieu de publication : Maison d'édition.
Zumdahl, Steven S., & Zumdahl, Susan A. (2007) Chimie des solutions (3e édition), Anjou, Québec, les éditions CEC
Article
Auteur, A. A., & Auteur, B. B. (Année). Titre de l'article. Titre de la revue, volume(numéro), page de début - page de la fin.
Nouyrigat, Vincent (2014) Au-delà du CO2 et du méthane : Les molécules cachées du réchauffement.
Science & vie, mai 2014(1160), pp. 84-89
Site Web Titre de la page. (Année). Repéré à URL complet
Cégep de St-Laurent | Bienvenue. (2017) Repéré à http://www.cegepsl.qc.ca/
2 (2015) Repéré à http://www.cegep-st-laurent.qc.ca/services-etudiants/ressources-et-documents-utiles/documents-utiles/
4 - L ES VALEURS NUMÉRIQUES
Une mesure est une observation qui peut être quantifiée à l’aide d’une valeur et d’une unité. Un appareil permet de mesurer une propriété de la matière avec une certaine précision. Toutes les composantes d’une mesure sont importantes.
L’unité
L’unité de la mesure permet de déterminer la nature de la mesure (longueur en mètre, température en °C) ainsi que l’amplitude de la mesure (longueur en mm, m ou km). Certaines unités sont régulièrement utilisées. Ces unités composent le système international d’unités (S.I.) qui est utilisé dans la très grande majorité des pays. Il est possible de convertir une mesure à l’aide de facteur de conversion (équivalence). Ces conversions peuvent aussi être faites par un produit croisé.
Tableau 4.1 : Unités de mesure couramment utilisées en chimie.
Mesure Unités S.I. Autres unités
Masse kg (kilogramme) g, u (unité de masse atomique)
Longueur m (mètre) pied (= 0,3048 m)
Temps s (seconde) min, h
Température K (Kelvin) °C (T(K)-273,15), °F
Quantité de matière mol (mole) douzaine, centaine
Volume m3 (mètre cube) L (= 1 dm3 = 0,001 m3)
Pour décrire de très grandes ou de très petites mesures, il est possible d’utiliser des multiples ou des sous-multiples des unités de bases. Ces multiples peuvent être décrits à l’aide de préfixes placés avant l’unité tel que ceux présents dans le tableau 4.2.
Tableau 4.2 : Préfixes multiplicatifs communs.
Préfixes Symboles Valeurs Préfixes Symboles Valeurs
Giga G × 1000 000 000 ou × 109 Centi c × 0,01 ou × 10-2
Méga M × 1000 000 ou × 106 Milli m × 0,001 ou × 10-3
Kilo k × 1000 ou × 103 Micro × 0,000 001 ou × 10-6
Déci d × 0,1 ou × 10-1 Nano n × 0,000 000 001 ou × 10-9
La conversion d’unité
Malgré que le système international d’unités soit habituellement utilisé, le système impérial (pouces, livres) ou le système CGS (cm, gramme) sont eux aussi couramment utilisés. Il est donc parfois utile d’exprimer des valeurs de mesures en différentes unités. Pour ce faire, on utilise les facteurs de conversion qui sont des rapports de deux termes d’une même grandeur qui sont égaux à un (1pied/0,3048m = 1).
Un produit croisé (règle de 3) permet de faire une conversion simple.
Exemple : La fusée Saturn 5 a été utilisée lors de la mission Apollo 11 qui a amené les premiers hommes sur la lune. La hauteur de cette fusée est de 363,0 pieds. Déterminez sa hauteur en mètre sachant que 1 pied = 0,3048 m.
1 pied 0,3048 m 363,0 pied ? m
La hauteur de la fusée est de 110,6 mètres
Pour effectuer des conversions d’unités sans erreur et pour effectuer certains calculs plus complexes, on a recours en sciences à l’analyse dimensionnelle. Cette méthode consiste à employer un ou une succession de facteurs de conversion de façon à éliminer les unités que l’on souhaite supprimer pour les remplacer par celles désirées. Si les facteurs de conversion sont utilisés correctement, les unités non désirées vont se simplifier et seule l’unité souhaitée restera à la fin du calcul.
Exemple : Le 21 juin 2017, le prix d’un baril de pétrole est de 42,30$. Déterminez le prix d’un litre de pétrole sachant qu’un baril de pétrole a un volume de 42 gallons, qu’il y a 231 po3 dans un gallon et que 1 litre correspond à 61,024 po3.
42,30$
baril × 1 × 1 × 1 = ?
63,77$
baril × 1baril
42 gallons × 1 gallon
231 po3 × 61,024 po3 1 litre = ?
Un litre de pétrole coûte 40,11¢
Exemple : Convertissez un volume de 42 litres en cm3.
42 L ×1 dm3
1 L × 1000 cm3 1 dm3 = ? Le volume est de 42000 cm3 ou 4,2 × 104 cm3
La notation scientifique
La notation scientifique permet de décrire les petites et les grandes valeurs sans se mélanger avec la grande quantité de chiffres. Convertir un nombre en notation scientifique consiste à traduire une grandeur en un nombre entre 1 et 9,9̅
multiplié par un facteur d’ordre de grandeur (×10n). Tel que montré au tableau 4.3, l’exposant n associé à l’ordre de grandeur peut être rapidement déterminé à l’aide du nombre de déplacements de la virgule.
Tableau 4.3 : Conversion de la notation décimale à la notation scientifique.
Notation décimale Sauts de virgule Intermédiaire Notation scientifique
123000000 8 vers la gauche 1,23 × 100000000 1,23 × 108
0,0000005232 7 vers la droite 5,232 × 0,0000001 5,232 × 10-7
2,424 0 2,424 × 1 2,424 × 100
747,8282 2 vers la gauche 7,478282 × 100 7,478282 × 102
Les chiffres significatifs
Il est important de connaître la qualité d’une valeur numérique. Certaines valeurs présentent une grande précision ce qui permet de les utiliser dans les calculs et ainsi obtenir un résultat tout aussi précis. La qualité d’une valeur numérique dépend du nombre de chiffres significatifs. Il est possible de déterminer le nombre de chiffres significatifs à l’aide de quelques règles simples montrées dans le schéma 4.1.
Tableau 4.4 : Nombre de chiffres significatifs pour quelques valeurs.
Valeur # de C.S. Valeur # de C.S. Valeur # de C.S.
12,0304000 9 1,0025 5 0,001230 4
120304000 6 0,0025 2 1230 3
120304 6 2,5 × 10-3 2 1,23 × 102 3
Tout chiffre différent de zéro est significatif.
Les zéros entre deux chiffres significatifs sont significatifs.
Les zéros placés au début ne sont pas significatifs.
Nombre décimales (,) : Les 0 de la fin sont significatifs
Nombre sans décimales : Les 0 ne sont pas significatifs.
Schéma 4.1 : Organigramme de détermination du nombre de chiffres significatifs
Arrondissement de valeurs
Lors d’un calcul, il est possible qu’il soit nécessaire d’arrondir la réponse. Quelques étapes simples, résumées dans le tableau 4.5, permettent de déterminer si le dernier chiffre significatif est arrondi vers le haut ou vers le bas. Si les chiffres placés après la position à arrondir sont plus petits que 5, l’arrondissement se fait vers le bas. Le dernier chiffre retenu reste donc le même. Si les chiffres restants sont plus grands que 5, l’arrondissement se fait vers le haut. Le dernier chiffre retenu augmente donc de 1. Si le restant est exactement 5, l’arrondissement se fait pour que le dernier chiffre significatif retenu soit pair. Si la valeur à arrondir est l’incertitude, on doit toujours arrondir vers le haut.
Tableau 4.5 : Méthode pour arrondir une valeur avec le bon nombre de chiffres significatifs.
Arrondir Possibilités Restant Règle Réponse
132,446 à 4 C.S. 132,4 ou 132,5 0,046 = 4,6 × 102 < 5 (bas) 132,4
102,5075 à 3 C.S. 102 ou 103 0,5075 = 5,075 × 10-1 > 5 (haut) 103
115,0 à 2 C.S. 110 ou 120 5,0 = 5 (pair) 120
125 à 2 C.S. 120 ou 130 5 = 5 (pair) 120
Propagation des chiffres significatifs
Dans un calcul, il est important de déterminer le nombre de chiffres significatifs de la réponse. Lors d’une addition ou d’une soustraction, on doit comparer l’ordre de grandeur des précisions. Cet ordre correspond à la position du dernier chiffre significatif (celui le plus à droite). Dans la majorité des cas, ça correspond aussi au nombre de chiffres significatifs après la virgule lorsque le nombre est exprimé en notation décimale. Tel que montré dans le tableau 4.6, la réponse doit avoir une précision du même ordre de grandeur que le moins précis des nombres additionnés (ou soustraits).
Tableau 4.6 : Arrondissement d’une réponse d’un calcul (+ ou -) avec le bon nombre de chiffres significatifs.
Équation Réponse pas arrondie Plus petite précision Réponse
12 + 132,2 144,2 unité 144
102,2 – 92,44 9,76 dixième 9,8
1400 + 140 1540 centaine 1500
0,00323 + 1,234 – 0,6262 0,61103 millième 0,611
Lors d’une multiplication ou une division, on compare le nombre total de chiffres significatifs dans les valeurs multipliées (ou divisées). La valeur avec le moins de chiffres significatifs transmettra sa précision à la réponse du calcul. Comme démontré dans le tableau 4.7, la réponse sera donc arrondie pour avoir le nombre de chiffres significatifs correspondants.
Tableau 4.7 : Arrondissement d’une réponse d’un calcul (× ou ÷) avec le bon nombre de chiffres significatifs.
Équation Réponse pas arrondie Plus petit nbr de C.S. Réponse
12 × 132,2 1586,4 2 1600
102,2 ÷ 92,4 1,1060606… 3 1,11
1300 × 130 169000 2 170000
0,00323 × 1,234 ÷ 0,6262 0,0063650… 3 0,00637
Lorsque l’équation mathématique comporte un logarithme, le nombre de chiffres significatifs total de la valeur de départ correspond au nombre de chiffres significatifs à la droite de la virgule de la réponse. Cette corrélation contre-intuitive peut facilement être comprise quand on fait des logarithmes de nombre en notation scientifique. Dans la réponse, les chiffres à gauche de la virgule correspondent à l’ordre de grandeur de la valeur de départ (×10n) alors que les chiffres à droite de la virgule correspondent à la valeur du logarithme du reste.
Inversement, lorsque l’équation mathématique contient l’exponentiel 10x (inverse d’un log), le nombre de chiffres significatifs total de la réponse correspond au nombre de chiffres significatifs après la virgule de la valeur initiale.
Tableau 4.8 : Arrondissement d’une réponse d’un calcul (log(x) ou 10x) avec le bon nombre de chiffres significatifs.
Équation Réponse pas arrondie C.S. total C.S. après « , » Réponse
Log (3,65 ×102) 2,56229286… 3 - 2,562
Log (3,650 ×103) 3,56229286… 4 - 3,5623
Log (132,9) 2,12352498… 4 - 2,1235
1012,5 3,162277… × 1012 - 1 3 × 1012
100,734 5,4200089… × 100 - 3 5,42
La propagation des chiffres significatifs est résumée au tableau 4.9.
Tableau 4.9 : Résumé des règles d’arrondissement d’une réponse d’un calcul.
Opération Valeurs initiales → Arrondissement de la réponse
+ ou - Précision (C.S. après la virgule) → Précision (C.S. après la virgule)
× ou ÷ C.S. total → C.S. total
Log C.S. total → C.S. après la virgule
10x C.S. après la virgule → C.S. total
La majorité des équations comportent plus qu’une seule opération mathématique. Dans ces cas, le calcul complet doit être effectué sans faire d’approximation. Par la suite, le nombre de chiffres significatifs doit être déterminé en observant la propagation lors de la suite d’opération. Une fois le nombre de chiffres significatifs déterminé, la réponse finale peut être arrondie. Une façon simple de faire ces deux étapes sans perdre de temps est de souligner (encadrer, surligner, etc…) les chiffres significatifs d’une valeur non arrondie. Lorsqu’une valeur non arrondie contient énormément de chiffres qui ne sont pas significatifs (ex : Log(7,1) = 0,85125835…), il est acceptable de ne pas tous les conserver (écrire) lors des calculs. Pour ne pas induire trop d’erreurs dans les calculs, on doit conserver au minimum trois chiffres de plus que le nombre de chiffres significatifs (ex : Log(7,1) = 0,85125835… ≈ 0,85126).
Exemple : x = log(32,4) + (12,7 × 0,071) x = 1,51054501 + 0,9017 x = 2,41224501 = 2,41
Exemple : y = 10(3,27 – 2,845) ÷ (117 × (0,4348 – 0,38272)) y = 100,425 ÷ (117 × 0,05208)
y = 2,66072506 ÷ 6,09336 y = 0,43665975 = 0,44 Exemple : z = 101,27 2,662⁄
log(12,7×2,662)−12,7+2,662
12,7−2,662
z = 100, 477 085
log( 33,0 874)− 15,3 62
10,0 38
z = 2,99 975
1,519 663− 1,53 038 z = 1,97 396 − 1,53 038 z = 0,44 358 = 0,44
L’incertitude et les erreurs
Des valeurs numériques déterminées (mesurées ou calculées) ne sont jamais certaines. On définit l’incertitude absolue d’une valeur (souvent nommé simplement incertitude) comme étant l’intervalle dans lequel il est probable de retrouver la valeur. Le symbole de l’incertitude absolue d’une valeur X est X. On écrit l’incertitude avec les mêmes unités et les mêmes exposants (notation scientifique) que la valeur.
Dans la très grande majorité des cas, l’incertitude absolue a un seul chiffre significatif. La position du premier chiffre incertain (non significatif) d’un nombre X est déterminée par la valeur de son incertitude ∆X. Ainsi, comme c’est montré dans le tableau 4.10, le nombre de chiffres significatifs après la virgule de la valeur doit être identique au nombre de chiffres après la virgule de l’incertitude.
Tableau 4.10 : Précision et nombre de chiffres significatifs d’une valeur déterminés à l’aide de l’incertitude.
Incorrectement écrit Correctement écrit (décimal) Correctement écrit (scientifique)
2,323 × 10-1 ± 0,009 m 0,232 ± 0,009 m (2,32 ± 0,09) × 10-1 m
35,48 ± 0,00318 ml 35,480 ± 0,004 ml (3,5480 ± 0,0004) × 101 ml
235,234 ± 0,3 kg 235,2 ±0,3 kg (2,352 ± 0,003) × 102 kg
L’incertitude relative d’une mesure représente la grandeur de l’erreur relativement à la valeur de la mesure. Elle est exprimée en point de pourcentage. Le symbole de l’incertitude relative d’une valeur X est Xrel. L’incertitude relative est normalement exprimée avec 2 chiffres significatifs. Il est important de noter que l’incertitude relative n’a aucune influence sur le nombre de chiffres significatifs de la valeur puisque cette quantité est définie par la valeur de l’incertitude absolue. Le calcul pour transformer l’incertitude absolue en incertitude relative est le suivant :
∆𝑋𝑟𝑒𝑙 =∆𝑋
𝑋 × 100%
Exemple : Exprimez les masses suivantes avec leurs erreurs relatives :
m = 2,56 ± 0,01 g m = 12,56 ± 0,02 g
∆𝑚𝑟𝑒𝑙=∆𝑚
𝑚 × 100% ∆𝑚𝑟𝑒𝑙=∆𝑚
𝑚 × 100%
∆𝑚𝑟𝑒𝑙 =0,01 𝑔2,56 𝑔× 100% ∆𝑚𝑟𝑒𝑙 =12,56 𝑔0,02 𝑔 × 100%
∆𝑚𝑟𝑒𝑙= 0,390625 … % ∆𝑚𝑟𝑒𝑙= 0,159236 … %
m = 2,56 g ± 0,40 % m = 12,56 g ± 0,16 %
Incertitude des instruments de mesure
Les mesures prises lors d’une expérience sont incertaines. Cette incertitude dépend de l’instrument utilisé. L’incertitude de la très grande majorité des instruments est fournie par les fabricants (tableau 4.11).
Dans le cas où l’incertitude n’est pas fournie par le fabricant, on doit considérer que l’incertitude d’un instrument gradué correspond à la moitié de la plus petite graduation alors que l’incertitude approximative d’un instrument numérique est de 1 sur le dernier chiffre affiché.
L’incertitude approximative d’un thermomètre gradué à chaque 1 °C est de ± 0,5 °C.
L’incertitude d’un thermomètre numérique mesurant 12,4 °C est de ± 0,1 °C.
Certains instruments nécessitent de faire deux mesures (burettes, pipettes graduées). L’incertitude globale sera donc doublée puisque l’incertitude est présente sur les deux mesures. Certains instruments électroniques prennent deux mesures, une mesure expérimentale et une mesure de référence (ex : la tare d’une balance). L’incertitude d’une mesure effectuée avec ces instruments devra donc être doublée.
Tableau 4.11 : Incertitudes fournies par les fabricants pour certains instruments volumétriques.
Instruments Volume (mL) Incertitude
absolue (mL) Volume (mL) Incertitude absolue (mL)
Béchers et erlenmeyers 50 3 250 20
100 5 500 30
Cylindres gradués (T.C. ou T.D.)
10 0,1 100 0,4
25 0,2 250 0,8
50 0,3 500 2
Ballons jaugés (T.C.)
2 0,02 100 0,08
25 0,03 250 0,2
50 0,05 500 0,2
Pipettes graduées (ou Mohr) (T.D.)
1 0,01 10 0,03
2 0,02 25 0,1
5 0,02
Pipettes jaugées (T.D.)
1 0,006 10 0,02
2 0,006 15 0,03
3 0,01 20 0,03
5 0,01 25 0,03
6 0,01
Burettes 25 0,03 50 0,05
T.D. « to deliver » : donne le volume désiré T.C. « to contain » : contient le volume désiré
Propagation des incertitudes
Les mesures expérimentales peuvent servir pour déterminer une valeur précise qui ne peut être mesurée directement. Il est possible de déterminer l‘incertitude sur la valeur finale du calcul à l’aide de quelques règles simples. Ces règles simples proviennent d’une étude de la dérivée partielle de l’équation.
Somme et différence
L’incertitude absolue d’une valeur issue de l’addition ou la soustraction de deux valeurs est déterminée en additionnant l’incertitude absolue des deux valeurs utilisées dans le calcul.
f(x,y) = x + y f(x,y) = x – y
f(x,y) = x + y f(x,y) = x + y
Exemple : Du carbone (M = 12,0107 ± 0,0008 g/mol) et de l’oxygène (M = 15,9994 ± 0,0003 g/mol) se combinent pour former du CO. Donnez la masse molaire de ce composé.
MCO = MC + MO MCO = MC + MO
MCO = 12,0107 g/mol + 15,9994 g/mol MCO = 0,0008 g/mol + 0,0003 g/mol
MCO = 28,0101 g/mol MCO = 0,0011 g/mol ≈ 0,002 g/mol
MCO = 28,010 ± 0,002 g/mol
Exemple : Du sel (2,76 ± 0,01 g) est dissout dans de l’eau (9,636 ±0,006 g). Donnez la masse finale de la solution.
msolution = meau + msel msolution = meau + msel
msolution = 9,636 g + 2,76 g msolution = 0,006 g + 0,01 g
msolution = 12,396 g msolution = 0,016 g ≈ 0,02 g
msolution = 12,40 ± 0,02 g
Exemple : Une solution contient 3,172 ± 0,002 mol d’eau et 0,0632 ± 0,0006 mol de glucose. Déterminez le nombre total de moles de solution après que 0,014 ± 0,001 mol de glucose ait été enlevée de la solution.
nsol = neau + nglc ajouté - nglc oté nsol = neau + nglc ajouté+ nglc oté
nsol = 3,172 mol + 0,0632 mol – 0,014 mol nsol = 0,002 mol + 0,0006 mol + 0,001 mol
nsolution = 3,2212 mol nsolution = 0,0036 mol ≈ 0,004 mol
nsolution = 3,221 ± 0,004 mol
Produit et quotient
L’incertitude relative d’une valeur issue de la multiplication ou de la division de deux valeurs est déterminée en additionnant l’incertitude relative des deux valeurs utilisées dans le calcul. Une réorganisation mathématique permet d’avoir une équation simple pour déterminer l’incertitude absolue.
f(x,y) = x × y f(x,y) = x ÷ y
Δf(x,y) f(x,y) = Δx
x +Δy
y
Δf(x,y) f(x,y) = Δx
x +Δy
y
Δf(x,y) = f(x,y) (Δx x +Δy
y)
Exemple : Déterminez la masse d’une solution (100,0 ± 0,8 mL) ayant une masse volumique de 0,978 ± 0,009 g/ml.
m =V×ρ Δm = m (ΔV
V +Δρ
ρ) m =100,0 ml×0,978 g/ml Δm = 97,8 g ( 0,8 mL
100,0 mL+0,009 𝑔 𝑚𝑙⁄
0,978 𝑔 𝑚𝑙⁄ )
m = 97,8 g Δm=1,6824 g ≈ 2 g
m = 98 ± 2 g
Exemple : Déterminez la molarité d’une solution (100,0 ± 0,8 mL) contenant 0,276 ± 0,003 mol de soluté.
M = 𝑛𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é⁄𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 ΔM = M (Δnsoluté
nsoluté +ΔVsolution
Vsolution) M = 0,276 mol 0,10000 L⁄ ΔM = 2,76M (0,003 mol
0,276 mol+ 0,8 mL
100,0 mL)
M = 2,76 M ΔM=0,05208 M ≈ 0,06 M
M = 2,76 ± 0,06 M
Exemple : Déterminez la molarité totale d’une solution (500,0 ± 0,2 mL) contenant 0,876 ± 0,008 mol de soluté A et 0,668 ± 0,008 mol de soluté B.
𝑛𝑡𝑜𝑡 = 𝑛𝐴+ 𝑛𝐵 Δ𝑛𝑡𝑜𝑡 = ΔnA+ Δn𝐵
𝑛𝑡𝑜𝑡 = 0,876 𝑚𝑜𝑙 + 0,668 𝑚𝑜𝑙 Δ𝑛𝑡𝑜𝑡 = 0,008 𝑚𝑜𝑙 + 0,008 𝑚𝑜𝑙
𝑛𝑡𝑜𝑡 = 1,544 𝑚𝑜𝑙 Δ𝑛𝑡𝑜𝑡 = 0,016 𝑚𝑜𝑙
M = 𝑛𝑡𝑜𝑡⁄𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 ΔM = M (Δnntot
tot +ΔVVsolution
solution) M = 1,544 𝑚𝑜𝑙 0,5000 𝐿⁄ ΔM = 3,088M (0,016 mol
1,544 mol+ 0,2 mL
500,0 mL)
M =3,088 M ΔM =0,0332352 M ≈ 0,04 M
M = 3,09 ± 0,04 M
Puissance
La puissance d’une valeur correspond à une suite de multiplication. La propagation de l’incertitude y est similaire.
L’incertitude relative sur la puissance d’une valeur est égale au produit de la valeur absolue de l’exposant par l’incertitude relative sur cette variable.
f(x) = x3 = x × x × x f(x) = xn
Δf(x) f(x) =Δx
x +Δx
x + Δx
x = 3Δx
x
Δf(x) f(x) =nΔx
x
Exemple : Une sphère de titane a un rayon de 1,718 ± 0,004 cm. Donnez son volume ainsi que son incertitude.
V =4πr3 ΔV
V =3Δr
r
V =4π(1,718cm)3 ΔV=63,720524… cm3(30,004cm
1,718cm) V=63,720524… cm3 ΔV = 0,445079… cm3 ≈ 0,5 cm3
V = 63,7 ± 0,5 cm3
Moyenne
Lorsqu’une valeur est mesurée à plusieurs reprises, il est utile de donner la moyenne des résultats. La propagation de l’incertitude se fait à l’aide d’une analyse statistique tenant compte de l’écart de chaque mesure à la moyenne ainsi que du nombre de mesures. C’est ce que l’on nomme « écart-type ». Habituellement, au cours des laboratoires de chimie, vous effectuerez de petits nombres d’essais. Dans ces cas, une étude statistique n’est pas appropriée et on ne vous demandera pas de calculer l’écart type.
Vous devrez calculer l’incertitude de la moyenne (x̅) à l’aide de la méthode des extrêmes. Cette méthode consiste à déterminer les valeurs maximale (xmax) et minimale (xmin) de toutes les mesures effectuées. La méthode des extrêmes considère que l’incertitude de la moyenne correspond à l’écart entre les deux valeurs extrêmes. Après avoir trouvé ces deux valeurs, l’incertitude sur les mesures (x) ainsi que le nombre de mesures (N), on calcule :
x̅=Σx
N Δx̅=(xmax+Δx)-(xmin-Δx)
2 =xmax-xmin
2 +Δx
Exemple : Vous effectuez un titrage d’un acide faible. Les 4 mesures de volume sont les suivants : (15,18 ± 0,06) mL;
(15,10 ± 0,06) mL; (15,20 ± 0,06) mL; (15,15 ± 0,06) mL. Donnez le volume moyen ainsi que son incertitude.
x̅=15,18 mL + 15,10 mL + 15,20 mL + 15,15 mL
4 Δx̅=15,20 mL - 15,10 mL
2 +0,06 mL
x̅=15,1575 mL Δx̅ = 0,11 mL ≈ 0,2 mL
x̅=15,2 ± 0,2 mL
Types d’erreurs
On distingue principalement deux catégories d’erreurs. Les erreurs aléatoires (fortuites ou indéterminées) et les erreurs systématiques (ou déterminées). Comme son nom l’indique, une erreur aléatoire est une erreur dont on ne peut prévoir le sens (à la hausse ou la baisse) et l’intensité. À cause des erreurs aléatoires, les mesures sont dispersées, plus ou moins symétriquement, autour d’une valeur moyenne. Lors de l’utilisation correcte d’un appareil, l’incertitude d’une mesure (donné par l’appareil) correspond à l’erreur aléatoire de la mesure.
À l’inverse, les erreurs systématiques sont des erreurs qui affectent toutes nos mesures de la même manière (dans le même sens et intensité). Les différents résultats obtenus ne seront pas nécessairement dispersés, mais la moyenne de ces résultats sera loin de la valeur réelle attendue (décalage correspondant à l’erreur). Il existe 3 types d’erreurs systématiques soit :
les erreurs instrumentales : erreurs d’étalonnage de l’appareil, conditions d’utilisation d’un instrument non appropriées
les erreurs dues à la méthode : réaction secondaire qui interfère avec la mesure
les erreurs personnelles : mesures nécessitant un jugement de l’expérimentateur comme un changement de couleur de l’indicateur lors d’un titrage
Il est important de noter que tous les faits et gestes ayant causé des erreurs ne sont pas nécessairement des « sources d’erreurs expérimentales ». La mauvaise utilisation d’un instrument ou d’un appareil (ex : empreintes sur la cuvette, pipette tenue à l’envers, ne pas faire le blanc) n’est pas une source d’erreur. Les erreurs de calcul et les problèmes d’unités ne le sont pas non plus.
Précision et exactitude
Au cours d’un laboratoire, vous serez appelés à effectuer plusieurs mesures. En science, il ne suffit pas de savoir manipuler des instruments, il importe d’être précis (d’obtenir des résultats reproductibles) et d’être exact (d’obtenir les bons résultats). Lorsque l’on décrit nos résultats, il est intéressant de considérer ces deux caractéristiques permettant d’évaluer la qualité des résultats et de la méthode analytique utilisée. La première de ces caractéristiques se nomme exactitude. Une expérience exacte est une analyse qui donne des résultats qui sont très proches de la réalité. On détermine l’exactitude d’un résultat en comparant l’erreur expérimentale absolue (écart entre la valeur vraie et la valeur expérimentale) avec l’incertitude absolue de la mesure. On calcule l’erreur expérimentale absolue de la façon suivante :
E = xexpérimenal-xvrai
Si l’erreur est négative, le résultat est trop petit. Si l’erreur est positive, le résultat est trop grand. Par la suite, la comparaison avec l’incertitude expérimentale permet de discuter de l’exactitude du résultat. Un résultat expérimental est considéré comme exact lorsque x ± x contient la valeur vraie. L’exactitude d’un résultat sera considérée acceptable (sans plus) si la valeur vraie est comprise dans l’intervalle x ± 2x. Si le résultat expérimental est si loin de la vérité que la valeur vraie n’est même pas comprise dans l’intervalle ± 2x, le résultat est alors considéré comme étant inexact.
