Réaction chimique et avancement

Le bilan de matière d’une réaction chimique occupe une place centrale dans l’enseignement de la chimie. Une telle activité pose de réels problèmes tant conceptuels qu’algorithmiques. En effet, les notions de stœchiométrie, de réactifs limitant et en excès, et de quantité de matière sont connues pour leurs difficultés propres d’apprentissage. Aussi, tous ces concepts réunis pour traiter de la réaction chimique imposent un véritable casse tête aux élèves et aux enseignants. Nombre d’entre eux élaborent des procédures pour digérer l’amertume des exercices de chimie. Ces procédures, plus ou moins bien justifiées, sont donc diversement acceptées des élèves.

L’avancement d’une réaction est défini en Seconde comme la quantité de matière d’un produit formé si ce dernier a un nombre stœchiométrique 1. Pour cela, nous utilisons ici la notion d’avancement d’une réaction chimique en restant conscient que l’élève pourra l’utiliser comme un outil plus que comme un concept dont il devra avoir la maîtrise. Ce concept intervient dans un tableau appelé tableau d’avancement que le programme normalise ainsi :

• la première ligne rappelle les réactifs et les produits mis en jeu ;
• la deuxième ligne décrit l’état initial ;
• la troisième ligne traduit l’état auquel on s’intéresse (état intermédiaire ou état final).

Celui-ci n’est rien d’autre qu’une procédure normalisée et justifiable de résolution des exercices de chimie liés au bilan des réactions.

La tâche simulée mise en jeu dans notre étude n’est pas dans l’esprit du programme. L’intérêt pédagogique est pourtant grand. Un tel travail offre la possibilité de donner un sens à la notion d’avancement à partir des éléments microscopiques avant son introduction sous l’aspect macroscopique. Ceci peut remédier à une difficulté qui semble résistante chez les élèves lors de l’établissement d’un lien entre les deux niveaux microscopique et macroscopique de la réaction. Cette difficulté a été constatée par plusieurs travaux comme ceux de Stavridou (1990), Savoy & Steeples (1994) ou Huddle & Pillay (1996). Laugier & Dumon (2000) ont montré que « lorsque les élèves sont face à une phénoménologie macroscopique et doivent imaginer une phénoménologie microscopique explicative, ils se heurtent à de nombreux obstacles ».

Les élèves ont mis en jeu la notion d’avancement à partir des éléments microscopiques dans l’activité expérimentale simulée. Nous nous sommes intéressés par l’utilisation de l’enseignant de cette notion dans la séance de débriefing. L’enseignant peut commencer la construction de cette notion à partir des éléments microscopiques avant leur introduction sous l’aspect macroscopique, dans ce cas il est en train de prolonger le TP. Il peut introduire directement cette notion directement au sens de la chimie sous son aspect macroscopique  sans faire le lien avec les éléments microscopiques manipulés par les élèves. C’est ce qui va nous intéresser tout au long de ce chapitre de la thèse.