Ep29 – Faisons un protocole expérimental

Graine qui germe

Hier, nous avons vu les pré-requis à une expérience scientifique.

Aujourd’hui, nous allons concevoir un protocole d’expérience simple et connu.

Ça nous permettra de décortiquer la méthode. Ensuite, j’aborderai un protocole en sciences de l’éducation pour toucher à quelque chose de complexe. Allez Marcel, c’est parti !

PS : Vous avez-vu la paréidolie sur la graine ? On dirait un visage…

Cet article fait partie d’une série

Je me suis lancé le défi de publier 31 articles en mars 2021 pour faire un tour d’horizon de la science. Celui-ci est le vingt-troisième publié (le premier est le sommaire du défi visible ici)

Commencer par le début !

Nous allons voir étape par étape comment concevoir un protocole de recherche. Il nous faut une situation à questionner. Puis vérifier qu’on pourra y répondre scientifiquement.

Etape 1 : La situation d’appel

En premier lieu, nous allons définir l’interrogation d’un phénomène :

Si je plante des graines dans mon jardin, des plantes poussent. Mais pas dans le paquet de graines.

On a une situation où quelque chose est à explorer pour créer nos connaissances sur le sujet. Ici, nous allons simplifier pour que ce soit adapté à une classe de primaire, mais selon le niveau, on peut au moins évoquer quelques pistes complémentaires. C’est le moment de dire que tant qu’on produit un protocole d’expérience valable, même si le résultat est négatif, on a fait avancer la connaissance.

Etape 2 : Le questionnement

Nous posons la question de façon précise.

Elle doit permettre de poser une hypothèse et commence souvent par « Comment expliquer que …? »

La formulation est importante car elle conditionne ce qui sera à tester.

Dans notre situation d’appel, on pourrait se poser cette question :

Comment expliquer que des graines enterrées dans le jardin poussent et pas celles du paquet .

Je pose précisément sur quoi porte l’interrogation : quelle différence entre une graine en terre et en paquet explique la pousse de la plante. Notre expérience devra répondre à cette question.

Etape 3 : L’hypothèse

Nous allons commencer par supposer une réponse possible : l’hypothèse.

C’est une affirmation ayant prétention à être la réponse attendue à notre question. Mais nous allons mettre cette hypothèse à l’épreuve de l’expérience.

Il est à noter que nous pouvons avoir plusieurs hypothèses. Il faudra soit se limiter à l’étude d’une seule (CP) ou concevoir une expérience pour chaque hypothèse (CM).

L’étude de la validité de plusieurs hypothèses par une seule expérience est possible mais complexe et sujette à de nombreux biais. Je ne pense pas qu’il soit pédagogique d’aller dans cette voie.

Nos hypothèses possibles (trouvées par les enfants, c’est mieux)

La terre est humide, le sachet sec, c’est donc l’humidité qui fait pousser les graines.

La lumière fait pousser les graines car dans le paquet, il fait noir.

La petite souris vient dans le jardin avec sa baguette magique, c’est elle qui fait pousser les graines.

Dans ces 3 propositions, on peut écarter directement la troisième : Une affirmation sans preuve peut être écartée sans preuve.

Humidité ou lumière sont des paramètres factuels et testables, la petite souris magique est plus qu’hypothétique.

La deuxième proposition est mal posée : sous la terre, il n’y a pas plus de lumière que dans le paquet. En tout cas, l’hypothèse ne montre pas quelle différence tester. A ce point, soit on explique l’incohérence décelée et on ne fait pas d’expérience testant le facteur lumière, soit on laisse passer l’erreur pour voir si elle sera décelée lors de la conception des expériences ou dans les résultats.

Faire une seule expérience pour 2 hypothèses

Comme je l’ai dit, il faut être prudent mais dans notre cas ce n’est pas insurmontable : L’expérience testant à la fois les paramètres humidité et lumière est assez simple. Mais on ne doit tester qu’un seul paramètre à chaque fois.

Conséquence vérifiable

Nous devons avoir une conséquence vérifiable à tester. L’hypothèse répond par avance aux résultats attendus de l’expérience.

On prédit que si l’humidité est le paramètre qui fait pousser les graines, alors dans le cas de graines humides, elles pousseront, dans le cas graines sèches pas.

C’est notre conséquence vérifiable par l’expérience.

Etape 4 : L’expérience

Elle est conçue pour ne tester qu’un seul paramètre, toutes choses égales par ailleurs. Il faut donc s’assurer de préparer une expérience dans laquelle tout sera identique, sauf le paramètre testé.

Hypothèse humidité :

Je prépare 2 récipients au fond desquels je dispose 3 épaisseurs de papier absorbants. Je prends 10 graines de haricot et les dispose sur les papiers absorbants. J’humidifie un seul récipient puis je les ferme et les enferme dans le noir. Je contrôlerai l’état des graines tous les matins pendant 5 jours.

Hypothèse lumière :

Je prépare 2 récipients identiques. Je dispose 10 graines de haricots dans chaque et j’en place 1 à la lumière, l’autre dans le noir. Je contrôle l’évolution des graines sur 5 jours.

Dans le cas d’une expérience pour 2 paramètres

On va « fusionner » les conditions expérimentales des 2 hypothèses.

Je prépare 4 récipients identiques, avec 3 épaisseurs de papier absorbant dans chaque. J’y dépose 10 graines de pastèque dans chaque.

Je vérifie les graines tous les matins pendant 5 jours.

Vous voyez que dans notre expérience c’est encore faisable

Etape 5 : les observations

On note toute observation sans tenter d’expliquer :

Hypothèse humidité :

Je note que au 3ème jour, 6 graines ont poussé, 4 non dans le bac humide, 0 ont poussé dans le bac sec.

Au 5ème jour, 9 graines sur 10 du bac humide ont poussé, 0 dans le bac sec.

Hypothèse lumière :

Au 5ème jour, aucune gaine n’a poussé ni à la lumière, ni dans le noir.

L’expérience double paramètre

Il faut noter les résultats dans un tableau :

Au 5ème jour, nous avons :

Tableau des résultats
Résultats de l’expérience à 2 paramètres

Etape 6 : Conclusion

Les conclusions s’expriment sur les résultats obtenus en validant ou non la conséquence vérifiable :

Hypothèse humidité :

Un grand nombre de graines ont poussé dans le bac humide, aucune dans le bac sec ce qui confirme que l’humidité fait pousser les graines. On note un échec sur 10 graines.

Hypothèse lumière :

Aucune graine n’ayant poussé quelques soient les conditions de lumière, ce paramètre n’explique pas la pousse des graines.

Test des 2 hypothèses

Il faut interpréter les colonnes pour le paramètre lumière : des graines ont poussé des 2 cotés, mais pas dans toutes les conditions « autre » donc ce paramètre n’explique pas la pousse des graines (on s’attendait à presque toutes les graines poussent en lumière et pas en obscurité)

Interprétons les lignes : Il y a une différence claire entre la ligne humide dans laquelle 19 graines sur 20 ont poussé et la ligne sèche dans laquelle aucune graine n’a poussé. L’humidité fait pousser les graines.

Etape 7 : Confrontation des résultats

Il me semble important de ne pas « couper » nos expériences du corpus scientifique : Même si évidemment, une telle expérience n’apporte pas grand chose aux connaissances consolidées, je pense important de montrer aux élèves que leur démarche s’inscrit dans le grand livre de la science.

On peut simplement ouvrir un livre décrivant l’expérience avec d’autres graines, on constate que le phénomène s’appelle germinaison et pas « pousse ». On constate que nos expériences donnent des résultats concordants avec les connaissances déjà acquises donc on conforte l’hypothèse « l’humidité fait germer les graines » pour toutes les écoles du monde.

La science ne se construit pas seule, on travaille en collaboration, parfois concurrence. On s’appuie sur les travaux d’autres pour progresser ou tout bousculer… La science est une construction collaborative.

Lorsqu’on qualifiait Einstein de génie, il répondait :

Je suis assis sur les épaules d’un géant.

Lui, génie des sciences physiques, n’est qu’un maillon de la connaissance et n’aurait rien découvert si d’autres n’avaient pas ouvert la voie. Humilité devant une construction humaine remarquable.

Nous verrons demain un protocole de recherche compliqué…

Je me suis avancé un peu trop vite au début de cet article qui finalement est assez long à lui seul. Donc vous connaissez le sujet de demain…

Sources

  • R. Monvoisin, (2017). Zététique & autodéfense intellectuelle, Cours à l’Université Grenoble Alpes
  • G. Quiquempois, M. Van Proët, (2017). La démarche expérimentale. UPEC / ESPE Créteil

Mon défi : Tour d’horizon de la science en 30 jours

Les règles que je me suis fixées :

  • Je publie un article par jour pendant le mois de mars 2021
  • Je traite de la méta question de LA science
  • Je fournis mes sources principales
  • Je suis faillible et peux faire des erreurs, je les reconnaitrai publiquement lors de la correction d’articles (et créditerai celui ou celle qui me le fera savoir) – pas pour des fautes d’orthographe non plus 😉 il n’y a pas d’intérêt.

J’aimerais votre avis sur mon défi :

  • est-ce une bonne idée ?
  • que souhaitez-vous que je traite ?
  • est-ce utile, avez-vous appris de mes articles ?

J’attends vos commentaires.

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