La démarche expérimentale : de la question à la conclusion

En sciences expérimentales, on ne devine pas : on part d'une observation, on pose une question, on propose une hypothèse, puis on la teste par une expérience où l'on ne change qu'une seule chose à la fois.

Objectifs

Connaître et ordonner les étapes de la démarche expérimentale.
Formuler une hypothèse que l'on peut tester.
Concevoir une expérience qui ne fait varier qu'un seul facteur, avec un témoin.
Lire un tableau de résultats, calculer une moyenne et conclure.
Respecter les règles de sécurité au laboratoire.

1. Les étapes de la démarche expérimentale

Une science expérimentale (physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre) est une science où l'on vérifie ses idées par des expériences. Analogie : c'est comme un juge au tribunal, qui ne tranche qu'après avoir vu les preuves.

Observation : on remarque un fait. « Le sucre semble fondre plus vite dans le thé chaud. »
Problème (question) : « La température de l'eau influence-t-elle la vitesse de dissolution du sucre ? »
Hypothèse : une réponse possible, que l'on peut tester. « Plus l'eau est chaude, plus le sucre se dissout vite. »
Expérience : on suit un protocole (la liste précise des actions et du matériel).
Résultats : on note ce qu'on observe et ce qu'on mesure (souvent dans un tableau).
Interprétation et conclusion : l'hypothèse est validée ou rejetée. Si elle est rejetée, on en propose une nouvelle et on recommence.

flowchart LR
  A[Observation] --> B[Problème]
  B --> C[Hypothèse]
  C --> D[Expérience]
  D --> E[Résultats]
  E --> F[Conclusion]
  F -->|hypothèse rejetée| C

« Le sel fait peut-être bouillir l'eau plus tard. » Cette phrase est :

une observation
une hypothèse
une conclusion

C'est une réponse possible à une question, pas encore vérifiée : c'est une hypothèse, qu'il faut tester par une expérience.

2. Bien construire une expérience

Une seule variable à la fois

Le facteur testé (ou variable) est la seule chose que l'on change. Tout le reste doit rester identique. Pour le sucre d'Aminata :

on change : la température de l'eau (froide, tiède, chaude) ;
on garde identiques : la masse de sucre (un morceau de même taille), le volume d'eau, le type de verre, la façon de remuer.

Le témoin

L'expérience témoin sert de point de comparaison : c'est le montage « normal », sans le changement testé. Ici, le verre d'eau froide sert de témoin.

Répéter les mesures

Une seule mesure peut être faussée par une erreur. On répète l'expérience plusieurs fois et on calcule la moyenne :

\[ \text{moyenne} = \frac{\text{somme des mesures}}{\text{nombre de mesures}} \]

Exemple résolu 1 : lire un tableau de résultats

La classe d'Aminata a mesuré le temps de dissolution d'un morceau de sucre dans \(100\ \mathrm{mL}\) d'eau, sans remuer. Pour l'eau chaude, trois essais ont donné \(46\ \mathrm{s}\), \(44\ \mathrm{s}\) et \(45\ \mathrm{s}\). Voici les moyennes :

Température de l'eau	Temps moyen de dissolution
\(20\,^{\circ}\mathrm{C}\) (témoin)	\(180\ \mathrm{s}\)
\(40\,^{\circ}\mathrm{C}\)	\(90\ \mathrm{s}\)
\(60\,^{\circ}\mathrm{C}\)	à calculer

Calcule le temps moyen à \(60\,^{\circ}\mathrm{C}\), puis conclus. Cherche d'abord.

Étape 1 : moyenne des trois essais : \[ \frac{46 + 44 + 45}{3} = \frac{135}{3} = 45\ \mathrm{s} \]

Étape 2 : on compare : \(180\ \mathrm{s}\) à \(20\,^{\circ}\mathrm{C}\), \(90\ \mathrm{s}\) à \(40\,^{\circ}\mathrm{C}\), \(45\ \mathrm{s}\) à \(60\,^{\circ}\mathrm{C}\). Le temps diminue quand la température augmente.

Étape 3 : conclusion : seule la température a changé, donc c'est elle qui explique la différence. L'hypothèse « plus l'eau est chaude, plus le sucre se dissout vite » est validée.

Exemple résolu 2 : une hypothèse rejetée

Ibrahim pense : « Quand un glaçon fond, il devient plus léger. » Il met un glaçon dans un sachet fermé, le pèse sur une balance (\(30\ \mathrm{g}\) avec le sachet), attend qu'il fonde, puis pèse à nouveau : la balance affiche encore \(30\ \mathrm{g}\). Que conclure ? Pourquoi le sachet doit-il être fermé ?

Voir la solution

La masse n'a pas changé : l'hypothèse d'Ibrahim est rejetée. Lors d'un changement d'état, la masse se conserve. Le sachet fermé empêche l'eau de s'échapper ou de couler hors de la balance : sans lui, on aurait perdu de l'eau et on aurait cru, à tort, que la masse diminuait.

Nadia veut savoir si la couleur d'une bouteille change la vitesse à laquelle l'eau chauffe au soleil. Que doit-elle changer d'une bouteille à l'autre ?

la couleur et la quantité d'eau
la couleur et l'endroit où elle pose la bouteille
seulement la couleur

Le seul facteur testé est la couleur : même quantité d'eau, même endroit, même durée au soleil, sinon on ne saurait pas ce qui explique la différence.

3. La sécurité au laboratoire

Porter une blouse et des lunettes de protection ; attacher les cheveux longs.
Ne jamais goûter ni sentir directement un produit ; ne pas manger au laboratoire.
Lire les pictogrammes de danger sur les flacons (inflammable, corrosif, toxique) avant toute manipulation.
Suivre le protocole et les consignes du professeur ; signaler tout accident immédiatement.
Ranger et nettoyer son poste à la fin.

Un liquide incolore est posé sur la paillasse sans étiquette. Que fais-tu ?

Je n'y touche pas et je préviens le professeur.
Je le sens pour savoir ce que c'est.
J'en goûte une goutte, c'est sûrement de l'eau.

Un produit inconnu peut être dangereux même s'il ressemble à de l'eau : on ne le sent pas, on ne le goûte pas, on prévient l'adulte responsable.

Erreurs fréquentes

Confondre hypothèse (réponse possible, à tester) et conclusion (ce que l'expérience a montré).
Changer plusieurs facteurs en même temps : on ne peut plus conclure.
Oublier l'expérience témoin, qui sert de comparaison.
Conclure à partir d'une seule mesure au lieu de répéter et de faire une moyenne.
Penser qu'une hypothèse rejetée est un échec : elle fait avancer la recherche.

Récapitulatif

Démarche : observation, problème, hypothèse, expérience, résultats, conclusion.
Une bonne expérience ne fait varier qu'un seul facteur et se compare à un témoin.
On répète les mesures et on calcule une moyenne avant de conclure.
L'hypothèse est validée ou rejetée ; si elle est rejetée, on en propose une autre.
On travaille toujours en respectant les règles de sécurité.

Hypothèse

Réponse possible à un problème, que l'on peut tester par une expérience.

Protocole

Liste précise du matériel et des actions de l'expérience.

Facteur testé

La seule chose que l'on fait varier ; tout le reste reste identique.

Témoin

Montage de référence, sans le changement testé, qui sert de comparaison.

Conclusion

L'hypothèse est validée ou rejetée d'après les résultats.