Projet expérimental et numérique

Les premières sections donnent les outils : la démarche, la mesure et son incertitude, l'acquisition, le traitement, la restitution. Vient ensuite une section où quatre projets sont déroulés entièrement, avec leurs données réelles, leurs graphiques et leur analyse critique — c'est là qu'on voit comment tout cela s'articule. Le chapitre se termine par dix sujets de projet prêts à l'emploi, dont plusieurs reprennent les exemples semés au fil des treize chapitres précédents.

Le texte officiel énonce que, selon le cas, le projet peut revêtir trois dimensions :

• « utilisation d'un capteur éventuellement mis en œuvre en classe » ;
• « acquisition numérique de données ou utilisation de données expérimentales fournies par des scientifiques » ;
• « traitement mathématique, représentation et interprétation de ces données ».

Et il ajoute : « selon les projets, l'une ou l'autre de ces dimensions peut être plus ou moins développée ; l'accent est mis sur la démarche de projet ».

Autrement dit, il n'est pas obligatoire de fabriquer soi-même son capteur, ni même de produire soi-même ses données. Mais il est toujours obligatoire de les traiter, de les représenter et de les interpréter.

Le programme précise encore trois choses. Que « ce travail se déroule sur une douzaine d'heures, contigües ou réparties au long de l'année ». Qu'il « s'organise dans des conditions matérielles qui permettent un travail pratique effectif en petits groupes d'élèves ». Et que « l'objet d'étude peut être choisi librement, en lien avec le programme ou non », éventuellement dans le cadre d'un projet d'établissement ou d'une opération de sciences participatives.

La liberté est donc grande. Elle a une contrepartie : c'est à vous de choisir un sujet réalisable dans le temps et avec le matériel dont vous disposez. La première compétence d'un chercheur n'est pas de résoudre les problèmes difficiles, c'est de choisir ceux qu'il peut résoudre.

Une hypothèse scientifique doit pouvoir être démentie. « Il y a du bruit parce que les jeunes sont mal élevés » n'est pas une hypothèse : aucune mesure ne pourrait la contredire. « Le niveau ne dépend pas du nombre d'élèves mais de la présence d'un adulte » en est une : il suffit de mesurer dans les deux situations. Le critère n'est pas que l'énoncé soit vrai, c'est qu'il prenne le risque d'être faux.

Un groupe veut montrer qu'une plante pousse mieux avec de la musique. Il place un pot devant un haut-parleur et le compare à un pot laissé au fond de la salle. Le pot musical pousse mieux : victoire ?

Non. Les deux pots n'ont pas reçu la même lumière, ni la même température, ni la même attention. Le témoin correct est un second pot placé au même endroit, devant un haut-parleur éteint. Sans lui, l'expérience ne prouve rien — et avec lui, l'effet disparait le plus souvent. Ce n'est pas décevant : c'est ce qu'on appelle un résultat.

• « Le bruit dans le lycée » $\to$ Dans quels lieux du lycée et à quels moments de la journée dépasse-t-on $80$ dB, seuil à partir duquel le programme signale un risque ?
• « Les instruments de musique » $\to$ Comment la fréquence fondamentale d'une corde de guitare dépend-elle de sa longueur vibrante, et quelle loi mathématique décrit cette dépendance ?
• « Le réchauffement climatique » $\to$ Sur les cinquante dernières années de relevés de la station météorologique la plus proche, quelle est la tendance de la température moyenne annuelle, et quelle est l'incertitude sur cette tendance ?

Dans les trois cas, on est passé d'un thème à une question, et d'une question à une grandeur qu'on saura mesurer ou récupérer.

Une calculatrice affiche dix chiffres ; il faut en garder trois ou quatre.

• Un résultat ne peut pas être plus précis que la moins précise des données qui ont servi à le calculer.
• Le nombre de chiffres est fixé par l'incertitude : si $u=0,0007$ s, on écrit $0,1180$ s, pas $0,118032$ s.
• On arrondit à la fin, jamais en cours de calcul.

Écrire $v=341,8237$ m/s à partir de mesures faites au chronomètre n'est pas une preuve de rigueur : c'est le contraire.

Un smartphone contient, en série, un microphone, un accéléromètre, un magnétomètre, un capteur de lumière, un récepteur de positionnement par satellite, souvent un baromètre et un gyroscope. Des applications gratuites (comme Phyphox, développée par une université allemande) donnent accès à ces capteurs, affichent les mesures en temps réel et exportent les données au format CSV.

Deux avertissements, cependant. Aucun de ces capteurs n'est étalonné : ils donnent des écarts fiables et des valeurs absolues approximatives — ce qui suffit pour la plupart des projets, à condition de l'écrire. Et deux modèles de téléphone différents ne donneront pas les mêmes valeurs : il faut faire toutes les mesures d'une série avec le même appareil.