Contexte du travail de recherche

Nous situons notre recherche dans le cadre de l’enseignement de l’oxydoréduction et plus particulièrement de l’électrochimie ;

Au lycée ² , l’enseignement de l’oxydoréduction introduit la notion de couple oxydoréducteur et de potentiel de référence du couple oxydoréducteur (noté E° dans la suite). Il s’ensuit un modèle prédictif du sens d’évolution de la réaction d’oxydoréduction: l’oxydant du couple de plus grand E° réagit sur le réducteur du couple de plus petit E°, modèle que nous appellerons “ modèle des E° ”.

En premier cycle universitaire, ce modèle peut conduire dans certains cas à des prédictions contraires aux observations expérimentales. L’enseignement introduit la notion de potentiel d’électrode dont la valeur est donnée par la loi de Nernst. L’étudiant doit passer de l’utilisation du modèle des E° au modèle de Nernst. Ces deux modèles ont des points communs et des différences. En particulier, le modèle des E° est un cas particulier du modèle de Nernst.

Le modèle de Nernst est plus général que le modèle des potentiels de référence, car son domaine de validité n’est pas limité aux conditions de référence, mais il fournie le potentiel d’un système chimique à toutes les conditions expérimentales. Le modèle de Nernst met en jeu le concept d’électrode, de couple oxydoréducteur auquel est associée une demi-équation.

Vu la multitude de paramètres que met en jeu le modèle de Nernst, nous faisons l’hypothèse que l’étudiant a alors des difficultés pour passer du modèle des E°, qu’il ne maîtrise peut-être pas complètement à la sortie du lycée, au modèle de Nernst enseigné au premier cycle universitaire.

L’enseignement traditionnel présente E° comme une grandeur caractéristique d’un couple, au niveau de l’enseignement du lycée, puis, lors de l’enseignement du modèle de Nernst, les grandeurs E et E° se retrouvent au sein d’une même expression mathématique. Une partie importante du travail pédagogique consiste à utiliser cette expression, peut-être sans qu’une signification physique n’ y soit attachée.

L’équation de Nernst et la demi-équation constituent une technique commode parce qu’utilisable comme au sein d’algorithmes de résolution d’exercices ; ceci fait du potentiel d’électrode un concept purement abstrait. Seule une différence entre le potentiel entre deux électrodes est accessible à la mesure, donc à la compréhension simple. En revanche, il nous semble que s’approprier la signification de la grandeur E° est plus accessible.

Nous nous intéresserons aussi aux problèmes et aux difficultés que posent certains concepts fondamentaux de la chimie (atomes, ions, molécules, transfert d’électrons, liaison chimique…).

L'enseignement de l'oxydoréduction est traditionnellement séparé de l'enseignement de base de l'atomistique. Or, les concepts de base de l’oxydoréduction sont des concepts d’atomistique (molécules, ions, électrons…). Nous avons fait le choix, d’après l’analyse du savoir savant, de quelques concepts d’atomistique que nous avons estimés indispensables à la compréhension du modèle de Nernst. Nous nous proposons de voir si ces concepts de base, à partir desquels est construit le modèle de Nernst, peuvent constituer un frein à la compréhension de ce modèle quand ils ne sont pas appropriés par les élèves.