Science et technologie s1513

Le rapport de laboratoire

Cette section présente la structure et les différentes sections présentes dans un rapport de laboratoire. Toutefois, le contenu exigé dans chacune des sections peut varier selon la méthode d'enseignement privilégiée ou le niveau scolaire de l'élève.

Un rapport de laboratoire permet à une personne qui n'a pas réalisé l'expérience de comprendre le but du laboratoire, la procédure à suivre pour atteindre cet objectif ainsi que les résultats obtenus.

Un rapport de laboratoire complet comporte différentes parties. Dans chacune de ces sections, des éléments essentiels doivent être présents.

La page de présentation

Certaines écoles exigent des pages de présentation selon un modèle qui leur est propre. Il est donc important de vérifier dans l'agenda si un modèle de présentation est exigé.

Une page de présentation représente la première page d'un travail. Elle permet de connaître l'auteur du document, son contenu ainsi que la date de remise du document.
La fiche suivante présente les informations nécessaires à la préparation d'une page de présentation.
La page de présentation

Le but

Le but est la première section d'un rapport de laboratoire. Il permet d'expliquer ce qui doit être accompli durant l'expérience. L'explication doit présenter le quoi et le comment: elle permet de comprendre à quoi s'attendre durant le laboratoire. On écrit toujours le but en commençant par un verbe à l'infinitif.

Dans un laboratoire dans lequel il faut trouver si un objet ayant un grand volume possède la plus grande masse, le but pourrait s'écrire comme suit.

Déterminer si un objet ayant un grand volume aura toujours la plus grande masse à l'aide de la balance à fléaux.

Le cadre théorique

Avant de faire un laboratoire, il faut déterminer quels concepts seront utiles pour faire le laboratoire. Il faut se demander ce qu'un élève devrait savoir ou ce qu'il devrait être en mesure de faire afin de réussir le laboratoire exigé. À certains niveaux scolaires, il peut être demandé d'identifier la variable indépendante et la variable dépendante.

Dans le laboratoire sur la masse, le cadre théorique serait le suivant.

Les éléments théoriques à connaître sont la masse, le volume et comment utiliser une balance à fléaux.

L'hypothèse

L'hypothèse permet de préciser ce que l'on cherche et de donner une réponse provisoire au but. Elle s'appuie généralement sur des connaissances ou des observations: il est donc important de justifier l'hypothèse et d'expliquer pourquoi elle a été émise.
De manière générale, l'hypothèse prend l'une des formes suivantes.

  • "Je suppose que... parce que... "
  • "Je crois que... parce que ..."
  • "Selon moi, ... car ..."

Le problème à résoudre lors d'un laboratoire ne se prête pas toujours à la formulation d'une hypothèse. Il faut donc se fier au contexte ou aux exigences de l'enseignant afin de déterminer si l'écriture de l'hypothèse est appropriée ou non.

Dans le laboratoire sur la masse, voici un exemple d'hypothèse.

Je crois que l'objet sphérique, qui a le plus grand volume, est celui qui a la plus grande masse, car il semble être composé d'un plus grand nombre d'atomes.

Le matériel

Cette section doit présenter tout le matériel de laboratoire utilisé pour réaliser une expérience. Le matériel est généralement écrit sous forme de liste qui peut contenir une ou plusieurs colonnes.

Il est important d'indiquer les quantités et les noms des instruments utilisés avec leurs capacités. De plus, il faut également préciser le nom et la quantité des différentes substances utilisées pour réaliser le laboratoire.

Le matériel de sécurité, comme le tablier ou les lunettes de sécurité, doivent être inscrits dans la liste de matériel s'ils sont utilisés durant la réalisation du laboratoire.

Il n'est pas nécessaire d'écrire le matériel utilisé lors de l'écriture du rapport de laboratoire, comme un crayon ou une efface, car ces éléments n'ont pas été utilisés durant le laboratoire. Une personne qui voudrait reproduire l'expérience n'aurait pas besoin d'un crayon pour refaire les manipulations.

Dans le laboratoire sur la masse, le matériel utilisé serait le suivant.
  • Une balance à fléaux
  • Un objet cubique
  • Un objet sphérique
  • Un objet en poudre
  • Une nacelle de pesée
  • Un tablier
  • Des lunettes de sécurité

Dans certains laboratoires, il peut être important d'écrire le modèle des instruments utilisés. Ceci permettrait au lecteur de reproduire un laboratoire dans les mêmes conditions que celles présentes lorsque l'élève a réalisé son expérience.

La fiche suivante présente le matériel utilisé dans un laboratoire.
Le matériel de laboratoire

Les manipulations (le protocole)

Cette section présente, dans l'ordre, les étapes à suivre pour réaliser l'expérience. Une personne qui lit un protocole ne devrait pas se poser des questions sur ce qu'elle doit faire pour reproduire l'expérience et valider les résultats obtenus.

Il existe quelques règles et conventions à respecter dans l'écriture d'un protocole.

  • Chaque phrase contient une seule étape. Toutefois, si des précautions quant à la sécurité doivent être effectuées durant une manipulation, elles peuvent être écrites à la suite de la phrase décrivant la manipulation.
  • Chaque étape débute par un verbe d'action à l'infinitif.
  • Les étapes sont numérotées et sont placées de manière chronologique.

Dans le laboratoire sur la masse, voici un exemple de protocole qui pourrait décrire l'expérience.

  1. S’assurer que le plateau est propre.
  2. Placer l’index des curseurs vis-à-vis de la ligne qui indique le zéro.
  3. À l’aide du bouton d’ajustement, ajuster délicatement la balance à zéro, au besoin.
  4. Déposer l'objet cubique à peser sur le plateau; l’aiguille des fléaux se déplacera vers le haut.
  5. Déplacer lentement le curseur sur le fléau qui indique les grandes divisions.
  6. Quand l’aiguille des fléaux redescend, reculer le curseur d’une division.
  7. Avancer le curseur sur le fléau qui indique les plus petites divisions.
  8. Quand l’aiguille des fléaux redescend, reculer le curseur d’une division.
  9. Répéter avec le troisième curseur, jusqu’à ce que l’aiguille soit à zéro.
  10. Additionner les indications données par les index.
  11. Répéter les étapes 1 à 10 avec l'objet sphérique et l'objet en poudre.
  12. Ranger et nettoyer le matériel.

Dans certains laboratoires, il peut être pratique de représenter l'étape à compléter dans un schéma. Par exemple, si un montage doit être effectué, il peut être plus simple de représenter le montage par un dessin afin de faciliter la compréhension du lecteur. Dans un schéma, il est important d'inclure le nom des parties (légende) et d'ajouter un titre au schéma.

Les résultats

Les résultats sont les mesures et les observations recueillies durant l'expérience. Le contenu de cette section peut varier selon l'expérimentation à faire. Toutefois, les éléments suivants peuvent être exigés dans la section sur les résultats.

Les tableaux

Les tableaux présentent des résultats mesurés ou des observations effectuées lors d'une expérience. Ils doivent toujours être présentés selon un ordre logique. Par exemple, les tableaux des masses et des volumes de substances inconnues viennent avant la présentation des exemples de calcul de la masse volumique.

Les tableaux sont toujours construits avec une règle. Ils sont numérotés et identifiés avec un titre. De plus, chaque rangée ou colonne est identifiée par un titre accompagné des unités de mesure entre parenthèses (s'il y a lieu).

Dans le laboratoire sur la masse, le tableau suivant est un exemple de tableau présentant les résultats.

Tableau 1. Masse de divers objets

​Objet à peser
​Masse (g)
​Objet cubique
​14,48 g
​Objet sphérique21,47 g
​Objet en poudre
​22,05 g

À certains niveaux scolaires, il peut être exigé d'écrire les incertitudes sur les mesures. Cette fiche précise comment déterminer les incertitudes des instruments de mesure.
L'incertitude et les calculs d'incertitude

La fiche suivante explique toutes les conventions à suivre dans la présentation de tableaux.
Les tableaux

Les schémas

Les schémas présentent de façon imagée des résultats ou des observations si le laboratoire le permet. Tout comme les tableaux, les schémas ou les dessins doivent être numérotés et identifiés par un titre. De plus, s'il s'agit d'une observation au microscope, le grossissement doit être indiqué au bas du schéma.

La fiche suivante explique toutes les conventions à suivre dans la présentation de schémas.
Les schémas scientifiques

Les graphiques

Les graphiques permettent d'illustrer une relation entre deux variables. Ils doivent être construits avec une règle. Chaque graphique doit être numéroté et identifié par un titre. De plus, les axes sont identifiés et les unités de mesure sont indiquées entre parenthèses.

Certaines écoles privilégient l'utilisation d'outils tels qu'Excel ou Geogebra dans la création des graphiques.

Dans le laboratoire sur la masse, le graphique suivant présente les résultats obtenus lors de l'expérience.
s1513i1.JPG
(cliquez sur l'image pour l'agrandir)

La fiche suivante explique toutes les conventions à suivre dans la présentation de graphiques.
Les graphiques

Les exemples de calcul

Pour chaque calcul effectué lors d'un laboratoire, il faut laisser un exemple de calcul. Celui-ci permet au lecteur de comprendre quelle démarche il doit suivre afin d'obtenir les mêmes résultats.

L'exemple de calcul doit être suffisamment détaillé pour que le lecteur sache quelles données il doit utiliser. Il est présenté avec un titre résumant le calcul que l'on s'apprête à faire.

Dans le laboratoire sur la masse, il est possible de calculer la différence entre l'objet le plus massif et les autres. Il faudrait donc utiliser les résultats du tableau afin de déterminer l'écart entre la masse des objets. Il est alors nécessaire de faire un exemple de calcul de cet écart.

Calcul de l'écart entre la masse de deux objets
|m_{cube} = 14,48 \space \text {g}|
|m_{poudre} = 22,05 \space \text {g}|
|\text {Ecart = ?}|

|\text {Ecart = } m_{poudre} - m_{cube}|
|\text {Ecart = } 22,05 \space \text {g} - 14,48 \space \text {g}|
|\text {Ecart = } 7,57 \space \text {g}|

Il faut toujours inscrire les unités de mesure dans un exemple de calcul. Une donnée sans unités de mesure ne permet pas de savoir ce que la valeur représente. La fiche suivante donne des précisions sur les unités de mesure utilisées en sciences.
Les unités de mesure

Selon le niveau scolaire, des exigences particulières peuvent être demandées quant à l'écriture du calcul mathématique. L'utilisation des chiffres significatifs, des incertitudes et de formules scientifiques peut être exigée dans les exemples de calcul. Les fiches suivantes donnent des précisions sur ces éléments.

Les chiffres significatifs
L'incertitude et les calculs d'incertitude

Les principales formules utilisées

L'analyse (la discussion)

L'analyse porte sur la comparaison des résultats et permet d'expliquer les ressemblances ou les différences qui existent entre les données obtenues lors de l'expérimentation. De plus, elle inclut une réflexion sur la démarche expérimentale qui a été utilisée.

Les deux grands sujets qu’il faut retrouver dans une discussion sont l’analyse des résultats et l'analyse de l’efficacité de la démarche employée.

L’analyse des résultats

C’est dans cette section que l’on compare les données obtenues entre elles ou avec des données théoriques. Si aucune comparaison n’est pertinente et qu’un graphique a été produit, il peut s’avérer intéressant de discuter de l’allure de sa courbe, soit du type de relation obtenue. Si on doit comparer des données entre elles, on discutera aussi de l’écart entre elles, en déterminant s’il est significatif ou non.

Il est important de rappeler, dans l'analyse des résultats, quel était le but de l'expérience. Par la suite, la comparaison des résultats doit se faire, ce qui permettra d'expliquer la signification de ces derniers. Il est important d'utiliser les connaissances acquises en classe (ou présentées dans un volume) afin de justifier les relations entre les résultats.

Si des questions ont été posées, il est important d'y répondre en s'appuyant sur les résultats expérimentaux.

Dans le laboratoire sur la masse, voici un exemple d'analyse des résultats permettant de faire la relation entre les résultats.

Le but de l'expérience était de déterminer si un objet ayant un grand volume a nécessairement la plus grande masse. Dans cette expérience, la masse de chacun des objets a été mesurée. La masse de l'objet ayant le plus grand volume, soit l'objet sphérique, était de 21,47 g, alors que l'objet ayant le deuxième volume le plus élevé, l'objet cubique, a une masse de 14,48 g. Finalement, l'objet en poudre, qui possède le plus petit volume, a une masse de 22,05 g. C'est donc l'objet qui possède le plus petit volume qui présente la plus grande masse, avec un écart de 7,57 g par rapport à l'objet cubique et de 0,58 g par rapport à l'objet sphérique.
Ceci signifie que le volume le plus élevé n'a pas nécessairement la plus grande masse, car l'objet ayant le plus petit volume avait la plus grande masse dans l'expérience.
Les résultats s'expliquent par le fait que la masse volumique, soit le rapport entre la masse et le volume, varie entre différentes substances. Puisque l'objet sphérique était en plastique et que l'objet cubique était en bois, la nature des substances a varié, ce qui influence directement la masse pesée sur la balance.

L’analyse de la démarche

En plus de faire des liens entre les résultats, il faut également chercher les causes d’erreurs et les incertitudes. Il faut également proposer des améliorations visant à diminuer l’importance de ces erreurs ou de ces incertitudes. De plus, des ajustements à la démarche ont pu se produire durant l'expérience. Il faut donc les expliquer dans cette section.

Dans le laboratoire sur la masse, voici un exemple d'analyse de la démarche.

Lors de cette expérience, la balance à fléaux utilisée était précise au centième près. Toutefois, il était difficile de juger avec exactitude si l'équilibre était atteint, soit le moment où l'aiguille était vis-à-vis le point zéro. Pour améliorer l'expérience, une balance électronique pourrait être utilisée, ou la masse aurait pu être déterminée avec une deuxième balance afin de confirmer les masses calculées lors de la première tentative.
De plus, durant l'expérience, l'enseignant a ouvert la porte, ce qui a créé un courant d'air. La balance est donc devenue instable. Pour corriger ce problème, nous avons changé de poste afin de nous éloigner de la porte de la classe.

Comment trouver les causes d'erreurs

Dans chacun des laboratoires effectués en classe, des causes d'erreur peuvent survenir. Le lecteur du rapport de laboratoire ne peut pas déterminer quels facteurs ont influencé les résultats puisqu'il n'était pas présent à toutes les étapes du laboratoire. Il en revient donc au manipulateur d'identifier les erreurs possibles qui auraient pu influencer les résultats.

Ces erreurs peuvent survenir pour différentes raisons.

  • Les erreurs fortuites (dues au hasard): Ces erreurs surviennent lors de chacune des expériences qui se produisent en classe. Elles proviennent des incertitudes sur le matériel ou des erreurs sur les manipulations.
  • Les erreurs systématiques (dues à la méthode expérimentale): Ces erreurs peuvent survenir si, par exemple, une balance a été mal calibrée ou si le robinet d'une burette est défectueux. Ces erreurs peuvent également survenir lorsque, par exemple, il faut peser un précipité recueilli lors d'une réaction chimique, mais qu'il est impossible de tout le récupérer.

Afin de diminuer les risques que ces erreurs affectent les résultats, il est préférable d'effectuer la même manipulation (ou la même mesure) plus d'une fois. Toutefois, dans les cas des erreurs systématiques, il arrive parfois que de reprendre les mêmes mesures plus d'une fois ne change rien au résultat final.

Il est important, lors de l'écriture des causes d'erreur, d'être le plus précis possible. Un élève qui écrirait "erreur de manipulation" comme cause d'erreur ne précise en rien en quoi son erreur de manipulation a affecté ses résultats. De plus, il est prévisible, voire certain que des erreurs de manipulations surviennent dans un laboratoire.

De plus, il faut que les causes d'erreur mentionnées soient logiques en fonction de résultat. Un écart de 10 ml entre le volume expérimental et le volume théorique ne s'explique pas uniquement que par la précision de l'appareil de mesure utilisé. Il en va de même lors d'une réaction de précipitation: si la masse obtenue est plus grande que la masse théorique, une cause d'erreur dans laquelle on explique que le précipité a été échappé n'est pas logique dans ce contexte.

La conclusion

La conclusion est la synthèse de l'expérience qui a été complétée. Elle s'écrit généralement en quelques lignes.

Dans ce court paragraphe, on rappelle l'hypothèse en indiquant si elle est confirmée (si elle est vraie) ou infirmée (si elle est fausse). Il faut également justifier pourquoi l'hypothèse est confirmée ou rejetée en rappelant les principaux résultats expérimentaux. Finalement, il faut conclure en précisant si le but de l'expérience a été atteint.

Dans le laboratoire sur la masse, voici un exemple de conclusion.

L'hypothèse de départ était que l'objet sphérique, qui a le plus grand volume, aura la plus grande masse car il est composé d'un plus grand nombre d'atomes. Cette hypothèse est rejetée, car l'objet en poudre avait une plus grande masse (22,05 g), alors que son volume est plus petit que l'objet sphérique (21,47 g) et l'objet cubique (deuxième plus grand volume, 14,48 g). Le but de l'expérience, qui était de déterminer si un objet ayant un grand volume aura toujours la plus grande masse, a été atteint.

Les vidéos
Les exercices
Les références