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UNIVERSITE DU SAHEL FASCICULE DE TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE PREMIERE ANNEE 1 U

UNIVERSITE DU SAHEL FASCICULE DE TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE PREMIERE ANNEE 1 UNIVERSITE DU SAHEL L1SET TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE Dr Assane TOURE L1SET– TP de Chimie (M. TOURE) 77 608 90 59 Présentation du matériel de verrerie Bécher gradué Fiole jaugée Tubes à essais Eprouvettes graduées Pissette volume approximatif volume précis expériences non quantitative volume précis pour contenir de l’eau distillée Pipette graduée Poire aspirante Cristallisoir volume exact Erlenmeyer Burette graduée avec support Laisse couler un volume précis Agitateur magnétique Blouse Gants Lunettes Précautions à prendre : La verrerie est fragile. Ne jamais chauffer la verrerie de précision (fiole pipette éprouvette) seulement la verrerie borosilicaté (Pyrex). Entre deux prélèvements, il faut rincer la pipette. Ne jamais pipeter directement dans le flacon, mais utiliser un bécher. Utiliser un bécher noté « poubelle ». Lorsque vous pipetez, le liquide ne doit jamais pénétrer dans la poire d’aspiration. CHIMIE : Verrerie /gestes manipulatoires / sécurité FICHE METHODE Chimie L1SET Schématisation Tube à essais Entonnoir Bécher Erlenmeyer Ballon à fond plat Ballon à fond rond Burette graduée Pipette jaugée Eprouvette graduée Utilisation d’une poire d’aspiration Pour vider ou remplir d’AIR le réservoir Pour ASPIRER le liquide dans la pipette Pour VIDER le liquide de la pipette dans le récipient Lecture du niveau de liquide dans une pipette 1 LCP TP1. Erreurs incertitudes Erreurs et incertitudes Objectif : Apprendre quelques règles de base pour estimer les incertitudes expérimentales et valoriser ainsi les mesures effectuées au laboratoire. La Chimie tout comme la physique travaille continuellement avec des approximations. Une des raisons en est que toute mesure d’une grandeur quelconque est nécessairement entachée d’erreur. Il est impossible d’effectuer des mesures rigoureusement exactes. Pour prendre conscience du degré d’approximation avec lequel on travaille, on fait l’estimation des erreurs qui peuvent avoir été commises dans les diverses mesures et on calcule leurs conséquences dans les résultats obtenus. Ceci constitue le calcul d’erreur, ou calcul d’incertitude. 1. Erreurs Selon le sens général du mot, une erreur est toujours en relation avec quelque chose de juste ou de vrai, ou qui est considéré comme tel. Il en est de même en physique. 1.1 Erreur absolue Par définition l’erreur absolue d’une grandeur mesurée est l’écart qui sépare la valeur expérimentale de la valeur que l’on considère comme vraie. Prenons par exemple la vitesse de la lumière dans le vide : La valeur considérée actuellement comme vraie est : c0 = 299 792 km s-‐1 Lors d’une mesure, un expérimentateur trouve: c = 305 000 km s-‐1, on dit que l’erreur absolue de son résultat est : Δc = c – c0 = 5208 km s-‐1 1.2 Erreur relative Par définition l’erreur relative est le quotient de l’erreur absolue à la valeur vraie : Dans notre exemple, l’erreur relative est : = = 0,0174 ≈ 1,7 % L’erreur relative n’a pas d’unité ; elle nous indique la qualité (l’exactitude) du résultat obtenu. Elle s’exprime généralement en % (pour cent). On voit clairement qu’il n’est possible de parler d’erreur que si l’on a à disposition une valeur de référence que l’on peut considérer comme vraie. 2. Incertitudes Lors de la plupart des mesures physiques, on ne possède pas de valeur de référence, comme celle dont nous venons de parler. Lorsqu’on mesure la distance de deux points, ou l’intervalle de temps qui sépare deux événements, ou la masse d’un objet, on ne sait pas quelle est la valeur exacte de la grandeur mesurée. On ne dispose que de la valeur expérimentale. Néanmoins, par une critique objective des moyens utilisés pour faire la mesure, on peut se faire une idée de l’« erreur » maximale qu’on peut avoir commise, « erreur » que l’on appelle de façon plus appropriée incertitude. 2 Quand nous effectuons une mesure, deux types d'erreurs entrent en jeu : -‐Les erreurs systématiques : elles sont dues le plus souvent à une imperfection de l'appareillage ou de la technique de mesure. Elles agissent toujours dans le même sens et leur amplitude est constante. -‐ Les erreurs aléatoires : généralement, elles proviennent des caractéristiques de l'appareillage, de la technique utilisée, et de l'intervention du manipulateur. Elles sont estimées soit en comparant statistiquement les résultats d'expériences soigneusement répétées, soit en effectuant un calcul d'incertitude. Deux méthodes sont donc utilisées pour évaluer les erreurs aléatoires : -‐ Méthode par calcul d'incertitude : Une manière simple d'estimer l'incertitude sur la valeur d'une grandeur physique est d'utiliser ce qu'on appelle un calcul d'incertitude. Ce calcul n'est possible que si cette grandeur est liée, par une loi connue, à d'autres grandeurs dont nous avons déjà une estimation sur leurs incertitudes. -‐ Méthode statistique : elle est la méthode la plus rigoureuse d'évaluation des erreurs aléatoires, mais elle exige de répéter un grand nombre de fois la manipulation. 2.1 L’incertitude absolue L’indication complète du résultat d’une mesure physique G comporte la valeur qu’on estime la plus probable x0 et l’intervalle à l’intérieur duquel on est à peu près certain que se situe la vraie valeur. La valeur la plus probable est en général le centre de cet intervalle. La demi-‐longueur de celui-‐ci est appelée incertitude absolue de la mesure Δx. Ainsi l’incertitude absolue est l’erreur maximale que l’on est susceptible de commettre dans l’évaluation de x. x -‐ Δx ≤ x0 ≤ x + Δx Sous une forme condensée, le résultat de la mesure s’écrit : G = x ± Δx L’incertitude absolue doit contenir un seul chiffre différent de 0. Exemples: 1) La longueur L d’un objet est : L = 15,3 ± 0,1 cm. Cela signifie qu’avec une incertitude absolue ΔL = 0,1 cm, la valeur exacte est comprise entre 15,2 cm et 15,4 cm. 2) La température θ d’un local est : θ = 22 ± 1 °C. Ici l’incertitude absolue Δθ = 1 °C, c’est-‐à-‐dire que l’on garantit que la température n’est pas inférieure à 21°C ni supérieure à 23 °C. Remarque: Lorsqu’on mesure une grandeur physique (longueur, temps, masse, température, …) on peut considérer – pour simplifier -‐ que l’incertitude absolue correspond à la moitié de la plus petite graduation de l’instrument de mesure utilisé, à condition d'en distinguer très clairement les repères. Par exemple dans le cas d’une règle précise à 1 mm, l’incertitude absolue est : Δx = 0,5 mm. Si l'expérimentateur est placé dans de mauvaises conditions pour effectuer sa mesure, l'incertitude peut être égale à la plus petite division ou plus. Il doit alors se servir de son bon sens pour l'évaluer. Par exemple, les graduations d’un thermomètre précis à 0,1°C sont difficilement lisibles, l’incertitude absolue est : Δθ = 0,1 °C. 3 LCP TP1. Erreurs incertitudes 2.2 L’incertitude relative L’incertitude absolue, lorsqu’elle est considérée seule, n’indique rien sur la qualité de la mesure. Pour juger de cette qualité, il faut comparer l’incertitude absolue à la grandeur mesurée. Le rapport de ces grandeurs est appelé incertitude relative, elle permet d’estimer la précision du résultat. Incertitude relative : Comme pour l’erreur relative, l’incertitude relative est un nombre sans dimension (et sans unité), pratiquement toujours beaucoup plus petit que 1, que l’on exprime généralement en % (100 . ). 3. Calcul d’incertitude En physique expérimentale, les grandeurs que l’on mesure sont généralement utilisées pour déduire des résultats par des calculs. Il est alors intéressant de savoir de quelle manière les incertitudes des mesures se répercutent sur les incertitudes des résultats. 3.1 Addition et soustraction Supposons que la grandeur cherchée R soit la somme de 2 mesures A et B : R = A + B Dans ce cas l’incertitude sur le résultat est : Il en est de même pour : R = A – B L’incertitude absolue sur une somme ou une différence est la somme des incertitudes absolues de chaque terme. Exemple : 3) Un récipient a une masse m = 50 ± 1 g. Rempli d’eau, sa masse vaut : M = 200 ± 1 g. La masse d’eau qu’il contient est donc : meau = M -‐ m En appliquant la règle ci-‐dessus : Δmeau = ΔM + Δm = 1 + 1 = 2 g. D’où : meau = 150 ± 2 g 3.2 Multiplication et division Supposons maintenant que la grandeur cherchée R soit le résultat du calcul suivant : R = où A, B et C sont des grandeurs que l’on mesure. Dans ce cas l’incertitude relative sur le résultat est : L’incertitude relative sur un produit ou un quotient est la somme des incertitudes relatives de chaque terme. ΔR = ΔA + ΔB = + + 4 LCP TP1. Erreurs incertitudes Exemple : 4) Pour déterminer la surface S d'un rectangle, on mesure ses deux côtés : x (longueur) et y (largeur). On trouve : x = 24,6 ± 0,1 cm et y = 8,3 ± 0,1 cm. L'application directe de S = x·∙y conduit à la valeur : S = 204,18 cm2. Si l'on conserve cette valeur telle qu'elle est, cela veut dire que la surface S est connue avec une incertitude de 0,01 cm2. Or, l’incertitude uploads/Philosophie/ tp-sahel-lset-m-toure.pdf