SERIE STL MESURES ET INSTRUMENTATION

1. SERIE STL MESURES ET INSTRUMENTATION • Objectifs, horaires, points du programme • Quelle pédagogie pour cet enseignement ? • Approche de la notion d’incertitude • Quelques ressources.

2. … Identifier Décider Comparer Classer Informer Trier Valider Modéliser Connaître Mesures et instrumentation Tronc commun Biotechnologie Physique chimie CBSV 2h en 1ère STL Mesures Objectif : installer progressivement une démarche d’analyse des résultats de mesure  valeur ajoutée à la mesure

3. Les points essentiels du programme en mots et expressions clés S’interroger  attitude scientifique face à la « mesure » Se comprendre  vocabulaire : mesurage, erreurs , incertitudes Raisonner  Identification des sources d’erreur Evaluer  se doter d’outils sans excès mathématiques Décider  comparer à une norme, … Comprendre  grandeurs mesurées et capteurs, chaîne de mesure … Choisir et utiliser  une chaîne, un capteur, un appareil, une technique, …

4. Effectuer des mesures avec des appareils  activités expérimentales Analyser en mettant en œuvre une démarche scientifique Effectuer des mesures de grandeurs en lien avec les disciplines du programme  contexte MI  Etre utilisateur d’outils mathématiques  TIC Mesurer pour apprendre et respecter des protocoles Mesurer pour mesurer MI Mesurer pour développer des gestes techniques Faire de l’élève un exécutant Quelle pratique pédagogique ?

5. 1 2 3 mA mA mA I  3,5 mA Se comprendre … Pourquoi a-t-on 3 valeurs ? Quelle est la valeur « vraie » de l’intensité ?

6. Erreur mA Ivraie 3,494 Se comprendre … Mesurande, valeur vraie, erreur, incertitude … Mesurande : grandeur mesurée Valeur vraie : valeur indiquée par un appareil de mesure idéal Erreur : valeur indiquée par l’appareil – valeur vraie ? ? Existe-t-elle ?

7. MX 22 1 2 3 R = 100 W I  3,5 mA mA mA mA mA mA mA 1 2 3 MX 53 MX53 MX22 Se comprendre … MX53 meilleure qualité que le MX22  fidélité

8. MX53 MX22 Se comprendre … • Détermination impossible de la valeur de Ivraie. • Mais dans quel intervalle se trouve Ivraie ?  Et comment déterminer cet intervalle ?

9. Se comprendre … Mesurande, valeur vraie, erreur, …  Chaque résultat de mesure est entaché d’une incertitude Incertitude : caractérise la dispersion des valeurs L’incertitude est déterminée selon des règles internationales fixées par le GUM (guide pour l’expression de l’incertitude de mesure) L’erreur est une variable aléatoire http://www.bipm.org

10. Mesure effectuée avec un « datalogger » (1µA) Se comprendre … Analyse des documents constructeurs MX53 MX22

11. Types d’incertitude Mesures répétées Données constructeurs Mesure unique réalisée avec un appareil Incertitude de répétabilité des mesures Combinaison des deux types d’incertitude Se comprendre …  Chaque résultat de mesure est entaché d’une incertitude Incertitude : caractérise la dispersion des valeurs Résultat de mesure = valeur lue ou calculée ± incertitude GUM : guide international pour l’expression de l’incertitude de mesure

12. val lue densité de probabilité 1/2a a a Taux de confiance  58% ( c’est peu …) Se comprendre … Une mesure avec un MX22 : valeur lue : 3,494 mA / calibre 4 mA • Constructeur •  4000 points • précision ou exactitude : a = 1% Lecture + 2 digits GUM  Incertitude type :  = 0,58 a soit ici 2,1.10-2 mA

13. Se comprendre … L’expression du résultat …. Résultat de mesure = valeur lue ou calculée ± incertitude Intensité : (349,4 ± 4,2).10-2 mA ou Intensité = 3,494 ± 0,042 mA 2 chiffres significatifs max Taux de confiance : 58% c’est peu  élargir l’incertitude (GUM)

14. Outils Sources d’erreur ? C’est moi qui saisit les formules de calcul Se comprendre … mesurande valeur lue (ou calculée) et valeur vraie erreur incertitude et incertitude élargie taux de confiance Calculs  TIC

15. Se comprendre … Raisonner … Les erreurs de répétabilité : un exemple Quelle est la masse de 200 mL d’eau ?

16. Se comprendre … Raisonner … Les erreurs de répétabilité : un exemple • Chaque groupe a répété 25 fois la même opération • Volume mesuré avec : • une éprouvette graduée pour 7 groupes • une fiole jaugée pour un groupe • Masses mesurées avec une balance au 1/100

17. Se comprendre … Raisonner … Les erreurs de répétabilité : un exemple

18. Erreur de manipulation

19. Justesse de E3 Fidélité de E3

20. Se comprendre … Raisonner … Erreur sur la masse pesée Les erreurs de répétabilité : un exemple Analyse des sources d’erreur Mesure de masse : balance Mesure de volume

21. Se comprendre … Raisonner … Echantillon de valeurs Incertitude type sur la moyenne : moy = Écart type N-1 N-1 J’ai préparé la feuille du tableur Les erreurs de répétabilité : un exemple Erreur sur la masse due à la mesure du volume Résultats de mesure en g

22. Les erreurs de répétabilité : un exemple Fiole E4 E3 E2 E1 Balance à prendre en compte en g

23. Se comprendre … Raisonner … Le résultat final devra prendre en compte : • L’incertitude liée à la mesure des volumes • L’incertitude liée à la balance Combinaison des incertitudes Incertitude élargie : coefficient pour avoir un taux de confiance de 95% (il est souvent pris égal à 2 : incertitude élargie = 2 * incertitude type) Nécessité de préparer un tableau de calcul

24. Outils Sources d’erreur ? C’est moi qui saisit les formules de calcul Se comprendre … mesurande valeur lue (ou calculée) et valeur vraie erreur incertitude et incertitude élargie taux de confiance Calculs  TIC