Jeudi 9 mai 2013: La beauté est dans l'oeil de celui qui regarde : peser

La semaine dernière, j'ai vanté les beautés du lavage des verreries. Cette semaine, je voudrais expliquer pourquoi le je me passionne pour les pesées.

Evidemment, on pourrait craindre quelques pisse vinaigres qui iraient critiquer cette enthousiasme pour les petites choses... mais comment produire des connaissances de bonne qualité si les données de base sont fautives ? Dans un laboratoire de physico-chimie, la pesée est une opération de base, au sens qu'elle détermine les grandes envolées théoriques que l'on pourra faire ensuite. Sans précisions dans les dosages, on ne fait rien de bon.

Peser est-il une opération réellement passionnante ? Oui, pour qui sait voir la beauté de la chose. Par exemple, quand on pèse avec une balance électronique moderne, on a parfois le sentiment que nous savons faire des choses bien plus avancées que nos prédécesseurs... et nous nous trompons : les anciennes balances utilisées par les pères de la chimie moderne étaient d'une précision remarquable, et si leurs mécanismes semblent antédiluviens, ils permettent toutefois d'aboutir à des déterminations remarquablement précises !

Or quand on utilise des instruments de mesure précis, le monde se complique merveilleusement : la moindre poussière qui tombe, le moindre courant d'air, la moindre différence de température, la moindre vibration sont à l'origine d'erreurs, de variations, de fluctuations... Il faut alors dépenser des trésors d'ingéniosité pour lutter contre les oeuvres du diable, lequel est caché derrière chaque geste expérimental.

Car il faut répéter que ces mesures sont la bases des élaborations théoriques ultérieures. Faut-il alors aimer la pesée pour ce qu'elle permettra de faire ? Je crois que ce serait une erreur que de ne pas apprendre à aimer la pesée pour ce qu'elle est. Ce qu'elle est, la détermination d'une masse. Une masse ? Pendant que nous passons du temps à peser, prenons un moment pour réfléchir à ce qu'est une masse : on aboutira peut-être à ce principe d'équivalence, bien reconnu par Albert Einstein, qui assimile la masse pesante à la masse inerte, celle qui apparaît lors des études du mouvement. Il y a là une assimilation aussi extraordinaire que celle du nombre pi qui apparaît quand on calcule le périmètre du cercle, et celui qui survient quand on détermine la surface du disque limité par ledit cercle. Pourquoi ces deux nombres sont-ils identiques ? Pourquoi la masse pesante serait-elle la masse inerte ?

C'est parce que la simple pesée conduit à de telles questions que la pesée est une opération merveilleuse !

Etalons primaires, secondaires, tertiaires...

Dans La Sagesse du chimiste (L'oeil 9, Paris, 2008), je discute la question de la difficulté des déterminations expérimentales : pour faire correctement une simple mesure de température, on ne peut se contenter de plonger un thermomètre dans un liquide, et il faut :
- s'assurer que le thermomètre est "raisonnable" (étalonnage régulier, certifié)
- vérifier que le thermomètre raisonnable n'a pas dévié depuis la dernière vérification, par l'usage d'un bain de glace fondante et d'eau bouillante (deux points au minimum, et dans la gamme d'intérêt)

De même, pour peser "raisonnablement", il faut :
- vérifier que la balance a été vérifiée
- vérifier que la balance est d'aplomb, et régler le niveau à bulle
- faire un zéro propre
- vérifier la balance avec un étalon.

Cet étalon ne peut être celui du Pavillon de Breteuil, bien sûr, mais il peut être un étalon secondaire, contrôlé à partir de celui de Sèvres.
Toutefois, l'usage d'un tel étalon secondaire risque de l'user, et il vaut sans doute mieux utiliser un étalon tertiaire, comparé à l'étalon secondaire dont on dispose, ou bien un étalon du quatrième rang, comparé à un étalon tertiaire.

C'est seulement ensuite que l'on pourra peser (trois fois au minimum, pour disposer d'une moyenne et d'un écart type) !

Mais c'est ainsi que la Chimie est belle, quand les mesures sont bien faites, car il est bien vrai que "données expérimentales mal acquises ne profitent à personne".

Vive la chimie

Etalons secondaires, tertiaires, etc.

Et si l'on cessait enfin d'enseigner la mesure des volumes, dans l'Education nationale ?

Une éprouvette graduée, même avec un bon maniement du ménisque, c'est une précision (je fixe les idées) de environ 0,1 mL quand on mesure 5 ml, soit 1/50. Pas terrible... d'autant il faut compter avec la dilatation du verre, qui augmente considérablement l'imprécision des mesures. Par exemple, avec des fioles de précision, faites d'un gros ventre et d'un tube supérieur étroit, on voit des dénivélations qui atteignent quelques centimètres quand la température varie de 5 à 10 °C.

Si l'on utilise une balance de précision, par exemple précise à 0,001 grammes près (je suis pessimiste pour essayer de convaincre, car notre laboration a bien mieux), alors on pèsera environ 5 g, avec une précision de 0,001 g, soit un rapport de 0,0002.

Alors, pourquoi faire mal quand on peut faire bien. Et ne doit-on pas plutôt habituer les étudiants à de bonnes pratiques ? Merci de m'aider à convaincre l'Inspection générale !