Guide des sciences expérimentales
Méthodes et démarches
Jocelyne Pagé, Gilles Boisclair, Richard Mathieu
De Boeck Université
Préface de la deuxième éditionVII
Préface de la première éditionIX
Avant-proposXI
Chapitre 1
Observer, plus que regarder
1.1 Spécificité de la science3
1.2 Données qualitatives5
1.2.1 Comment recueillir des données qualitatives5
1.2.2 Le rôle du témoin6
1.3 Données semi-quantitatives8
1.4 Données quantitatives: mesure11
1.5 Incertitude absolue12
1.6 Incertitude relative et précision d'une mesure13
1.7 Chiffres significatifs et écriture d'une mesure15
1.7.1 Convention simple d'écriture d'une mesure avec l'incertitude absolue16
1.7.2 Écriture d'une mesure avec l'incertitude relative18
1.8 Précision des instruments19
1.8.1 Cas d'un affichage numérique20
1.8.2 Cas d'une simple échelle graduée21
1.8.3 Cas du vernier21
1.8.4 Cas particulier de la vis micrométrique23
1.9 Évaluation de l'incertitude sur une mesure24
1.9.1 Effet de parallaxe25
1.9.2 Temps de réflexe27
1.9.3 Ménisque28
1.9.4 Mesure donnée par deux lectures et incertitude sur le zéro29
1.9.5 Cas particulier du microscope31
1.10 Évaluation de l'incertitude sur une mesure répétée plusieurs fois33
1.10.1 Mesures non reproductibles34
1.10.2 Mesures reproductibles35
1.11 Précision et incertitude, exactitude et erreur36
1.11.1 Précision et incertitude36
1.11.2 Exactitude et erreur38
1.12 Incertitudes sur les valeurs tirées des ouvrages de référence39
1.13 Exercices39
Chapitre 2
Calcul d'incertitude
2.1 Détermination des incertitudes par la méthode des extrêmes45
2.1.1 Fonctions utilisant une opération de base ou fonctions simples à une variable46
2.1.2 Fonctions quelconques50
2.2 Démonstration de règles simples52
2.3 Détermination des incertitudes par le calcul différentiel54
2.4 Application directe de règles simples57
2.4.1 Résultat obtenu à la suite d'une seule opération mathématique58
2.4.2 Résultat obtenu à la suite de plusieurs opérations mathématiques59
2.5 Méthodes de calcul d'incertitude et chiffres significatifs62
2.6 Résumé sur le calcul d'incertitude65
2.7 Exercices66
Chapitre 3
Présentation des observations
3.1 Tableau de mesures72
3.2 Représentation graphique79
3.2.1 Graphiques obtenus à l'aide d'un appareil enregistreur79
3.2.2 Présentation d'un graphique cartésien82
3.2.3 Échelles logarithmiques89
3.3 Schémas91
3.3.1 L'observation d'un milieu92
3.3.2 Observation au microscope93
3.4 Points à retenir pour la présentation des observations97
3.5 Exercices99
Chapitre 4
Utilisations d'un graphique
4.1 Illustration de la relation entre deux variables et points singuliers105
4.1.1 Points singuliers105
4.1.2 Graphique d'illustration108
4.2 Lecture d'une valeur et de son incertitude sur un graphique110
4.2.1 Graphiques obtenus à partir d'appareils enregistreurs110
4.2.2 Graphiques tracés à partir de mesures, interpolation et extrapolation111
4.3 Étude de l'équation qui relie deux variables116
4.3.1 Changement de variable117
4.3.2 Changement d'échelle121
4.3.3 Simulations avec l'ordinateur124
4.4 Détermination graphique des paramètres d'une équation représentée par une droite128
4.4.1 La pente et son incertitude128
4.4.2 L'ordonnée à l'origine et le facteur multiplicatif - leur incertitude132
4.5 Détermination par calculs des paramètres d'une équation représentée par une droite134
4.5.1 La pente et son incertitude134
4.5.2 L'ordonnée à l'origine et le facteur multiplicatif - leur incertitude138
4.6 Exercices140
Chapitre 5
Stratégie expérimentale et analyse des résultats
5.1 Élaboration d'une stratégie expérimentale145
5.2 Analyse des résultats148
5.2.1 Les différents types de comparaison150
5.2.2 Comparaison entre deux mesures égales150
5.2.3 Comparaison entre deux mesures inégales151
5.2.4 Exemple d'une comparaison entre trois valeurs151
5.3 Interprétation de la comparaison153
5.3.1 Les causes d'erreur153
5.3.2 Les causes d'incertitude154
5.4 Diminution de l'incertitude sur une mesure154
5.4.1 Déterminer les paramètres pertinents155
5.4.2 Comment diminuer l'incertitude?156
5.4.3 Une leçon d'histoire: mesurer la vitesse du son157
5.5 Tests statistiques de vérification d'hypothèses158
5.5.1 Le test du khi-deux160
5.5.2 Les tests d'hypothèse sur deux moyennes163
5.5.3 Le test d'hypothèse permettant de vérifier si on peut associer une valeur à un échantillon de grande taille166
5.6 Exercices166
Chapitre 6
Rédaction d'un rapport de laboratoire
6.1 Éléments d'un rapport de laboratoire171
6.2 Parties prélaboratoires172
6.2.1 Introduction172
6.2.2 Cadre théorique et méthodologie172
6.2.3 Instrumentation et manipulations173
6.3 Observations, calculs et résultats174
6.4 Discussion et conclusion176
6.5 Médiagraphie179
6.6 Exemple de rapport de laboratoire180
Réponses aux exercices189
Index195