Un didacticiel pour l'apprentissage de la chimie : "DospHConductim"
par M. Guy DUNOYER

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En janvier 2008, j'ai réalisé, sur RagTime et avec quelques connaissances très rudimentaires de programmation, un didacticiel de chimie permettant de simuler des courbes de dosage pH-métriques interactives. M. Jacques Villars, par e-mails m'a aidé à découvrir toutes les possibilités de la programmation sur RagTime.
J'ai travaillé à apporter de nouvelles fonctionnalités au premier didacticiel que je nomme maintenant «DospHConductim» et qui a été suivi de 3 extensions.

L'utilisation de «DospHConductim» ne requiert aucune connaissance particulière du logiciel RagTime ce qui permet à des étudiants, et des lycéens, de découvrir les avantages de cette application avant même d'avoir à en connaître tous les rouages.
Une série de copies d'écran légendées permet une prise en main rapide.
Un mode d'emploi plus détaillé est conçu pour les approfondissements.
À titre facultatif, des compléments théoriques donnent des indications sur les modes de calcul utilisés par "DospHConductim" et les démonstrations mathématiques de quelques formules utiles.

Le didacticiel « DospHConductim » est constitué de cinq graphes interactifs, permettant, pour des espèces chimiques compo rtant 3 fonctions acido-basiques au maximum, de visualiser séparément ou simultanément sur le même graphique, - Les courbes de dosages pH-métriques pH = f(V),
- Leurs courbes dérivées première et seconde,
- Les courbes de dosages conductimétriques G = f(V) (expérimentales et corrigées des effets volumiques de dilution),
- Les courbes de distribution αi = f(V) des différentes espèces i apparaissant au cours du dosage. Des libellés sur chaque courbe permettent d'identifier rapidement à quelle espèce chimique elle se rapporte.
Ce didacticiel simule également le cas où l'expérimentateur introduit une certain volume d'eau distillée dans le becher du dosage, soit pour une dilution bien adaptée à beaucoup de dosages conductimétriques, soit pour assurer une immersion totale de l'électrode de verre dans le cas de la pH-métrie. la prise en compte de ce paramètre permet de mieux se rapprocher des conditions expérimentales.

Le choix de la nature et du nombre de courbes affichées sur l'écran s'effectue à l'aide de boutons placés au voisinage immédiat des graphes interactifs.

«DospHConductim» permet aussi de visualiser, indépendamment des courbes de dosage :
- Les courbes représentatives des variations des fractions molaires αi en fonction du pH. (Trois fonctions acido-basiques et exceptionnellement 4 dans le cas de l'un des cinq graphes interactifs pour des acides tels que l'EDTA)
- Le tracé de diagrammes logarithmiques de molarité : log Ci = f(pH).

On reproduit ainsi virtuellement la physionomie exacte de n’importe quelle courbe de titrage pH-métrique et conductimétrique à partir des caractéristiques des espèces acido-basiques mises en jeu et des conditions d'expérience fixées par l'utilisateur. Les courbes ainsi obtenues, dont l'affichage est commandé par les boutons mentionnés plus haut, sont rigoureusement identiques à celles que l’on pourrait obtenir expérimentalement, aux corrections de non-idéalité près.

Les feuilles de calcul préprogrammées, pour les acides et pour les bases, constituent deux petites bases de données et un outil utile pour passer en revue rapidement beaucoup de cas de figures. Ces feuilles peuvent être facilement enrichies d'exemples supplémentaires par l'utilisateur, si celui-ci le souhaite, et sans qu'aucune connaissance de RagTime ne soit nécessaire pour cela.

En dehors de l'étude des courbes de dosage, la donnée systématique du pH initial, celle des coefficients de dissociation (ou de protonation) avant toute addition de solution titrante et enfin les diagrammes logarithmiques de molarité, permettent d'utiles entraînements de récapitulation sur les équilibres acido-basiques en général.

Sur le plan pédagogique, l'usage par les élèves de ce didacticiel peut être un prolongement des séances de TP. En effet, ces simulations informatiques permettent d'augmenter le nombre de cas de titrages étudiés, tant en pH-métrie qu'en conductimétrie et d'éviter ainsi des séries de manipulations répétitives.
Les graphes interactifs permettent aussi de corréler les différentes sortes de courbes simulées avec celles de la distribution des espèces dans tous les cas de figure, ce qui peut être un bon complément aux cours théoriques.

Autre intérêt : Le professeur peut innover de nouvelles manipulations de TP en anticipant grâce aux simulations que permet "DospHConductim".
Ces simulations numériques peuvent également être une source féconde d'exercices sur les dosages acido-basiques portant sur des données diversifiées. Dans le même ordre d'idées, elles permettent aux enseignants d'élargir le champ des questions posées aux contrôles et examens et de placer ces courbes de titrage variées dans les énoncés (Cela peut se faire avec des copies pdf).

Beaucoup de propriétés de «DospHConductim» ne peuvent se réaliser qu'avec RagTime qui est, par exemple, le seul logiciel pouvant appliquer des formules dans un tableau aussi bien sur des données numériques que sur des composants variés : dessins, images, graphiques ou autres.
Son potentiel de calcul est performant, surtout si l'on songe que cette application n'est pas particulièrement dédiée au calcul scientifique.


Une variante de " DospHConductim " , «DospHconductim2aire» est mieux adaptée à l'enseignement secondaire.


L'apprentissage de la programmation et la réalisation simultanée de " DospHConductim " a été un travail très stimulant et enrichissant : Cela apporte la satisfaction d’avoir créé quelque chose d'original. Cette tâche a exigé un investissement en temps et une importante disponibilité d'esprit.
Le temps de la retraite favorise ces conditions.

Télécharger le didacticiel DospHConductim (bientôt en ligne)