VI.3.conceptions à propos de la prévision de l’évolution d’un système quand l’équilibre est perturbé : application de la loi de Le Chatelier

Le travail de Stavridou et Solomonidou (2000) traite les difficultés d’apprentissage et les conceptions des élèves grecs (17-18 ans) à propos du concept d’équilibre chimique. Parmi les principales difficultés repérées : les difficultés de concevoir l’évolution dans le temps des substances initiales jusqu'à l’état d’équilibre, ainsi que le déplacement de l’équilibre quand un système est perturbé.

Selon Stavridou et solomonidou, en Grèce l’enseignement de la chimie maintient son caractère traditionnel, c’est-à-dire qu’il est en grande partie basé sur la représentation du savoir par l’enseignant, sur des activités de résolution de problèmes suivant des stratégies algorithmiques. L’enseignement de la chimie est alors caractérisé par un aspect quantitatif des concepts plutôt que sur le développement du raisonnement qualitatif des élèves.

Les auteurs font l’hypothèse que, étant donné qu’en Grèce les élèves travaillent surtout au niveau symbolique et apprennent à appliquer la loi de Le Chatelier à des systèmes qui se trouvent en état d’équilibre chimique, les élèves éprouvent des difficultés à se représenter l’état initial d’un système de substances gazeuses en équilibre chimiques, ainsi que l’évolution de ce système vers un nouvel état d’équilibre chimique.

Bien que le déplacement d’équilibre puisse être décrit par la loi d’action de masse, certains élèves, pour faire les prévisions concernant le déplacement de l’équilibre, utilisent plutôt la loi de Le Chatelier. Suivant le principe de Le Chatelier Van’t Hoff, le système sera déplacé dans le sens qui tend à annuler le changement effectué.

Stavridou et Solomonidou se sont penchés sur l’étude de la manière avec laquelle les élèves utilisent la loi d’action de masse et la loi de Le Chatelier dans des situations de prévisions différentes.

Les auteurs ont constaté qu’afin de se représenter un phénomène chimique au niveau empirique et au niveau moléculaire, les élèves s’appuient sur la symbolisation d’un phénomène chimique par l’équation chimique avec laquelle ils sont familiarisés. Ils confondent alors la proportion stœchiométrique avec la proportion d’équilibre, ce qui constitue une indication sur leur manque de représentations appropriées des systèmes en équilibres chimiques.

Quand à l’application de la loi de Le Chatelier pour prévoir l’évolution d’un système lorsque l’équilibre est perturbé, la majorité des élèves ont les conceptions suivantes :

• il y a des réactions en dépit du manque de réactants nécessaires,
• il n’y aura pas de réaction si toutes les substances ne se trouvent pas à l’état initial,
• application de la loi de Le Chatelier à l’état initial du système, avant l’établissement de l’équilibre,
• quand il y a des concentrations égales des deux cotés de l’équation chimique, le système a déjà atteint l’équilibre,
• confusion des proportions des concentrations à l’équilibre avec les proportions stœchiométriques de l’équation chimique donnée,
• quand il y a des concentrations plus importantes d’un coté de l’équation, la réaction sera déplacée vers le coté opposé pour « égaliser la différence de concentrations » et il ne tiennent pas compte de la constante d’équilibre K de la réaction.

Tenant compte de ces conceptions, nous pouvons conclure que pour la prévision de l’évolution d’un système chimique dans le temps, un nombre important d’élèves traite un système de substances initiales comme si celles-ci étaient déjà en équilibre chimique, et il appliquent la loi de Le Chatelier. Même en l’absence des constituants nécessaires, certains élèves envisagent la possibilité de réactions

D’après Stavridou, les élèves dans leur grande majorité, n’ont pas saisi le sens et le rôle de la constante K et par conséquent ils ne l’utilisent pas dans leur raisonnement. L’application de la loi de Le Chatelier dans des situations de résolution de problème, semble poser des problèmes. Appliquée à des situations simples, cette loi semble bien acquise par les élèves.