Le contexte choisi ici pour illustrer mes propos est la partie du programme de seconde de SVT traitant du rôle fonctionnel joué par la cellule (j'aurais pu chercher un exemple dans le programme de première S et de terminale S, car ce n'est pas parce que les élèves sont dans des sections plus scientifiques qu'ils sont capables d'analyser des courbes correctement) . Les exemples de courbes ne sont pas forcément les plus appropriés, mais j'utilise les mêmes exemples en les étoffant de plus en plus afin d'aborder les différents cas possibles.
Le protocole : une expérience d'EXAO (ou les résultats d'une telle expérience) avec des chlorelles (algues unicellulaires chlorophylliennes) cultivées dans une enceinte fermée contenant une solution nutritive adéquate (on sait, à ce stade du cours, que ce sont des organismes à métabolisme autotrophe) mais, dans un premier temps exclusivement à l'obscurité (afin de montrer la respiration des cellules végétales), puis, dans un second temps, en alternant les phases obscures et lumineuses (pour mettre en évidence la photosynthèse entre autre).

Premier cas, la courbe simple

Premier problème : tracer une telle courbe

Posez une question du genre tracez la courbe représentant l'évolution de la concentration en dioxygène en fonction du temps c'est être assuré, à la première séance, d'avoir la moitié des élèves qui aura inversé les axes. Si on leur rappel que la phrase peut être vue, d'un côté plus mathématique, sous la forme y en fonction de x, il en reste encore un tiers sur le carreau. En finissant par dire que la concentration en dioxygène doit être en ordonnée, il y a encore quelques étourdis qui se trompent, et de plus en plus souvent quelques élèves demandent mais qu'est-ce que c'est qu'une ordonnée ?. La faute à qui? Mystère, mais certainement pas aux professeurs, comme c'est très souvent l'excuse absolue brandie en cas d'oubli de notion et/ou de compétences vues par le passée
Après quelques autres péripéties (choix de l'échelle essentiellement), on obtient enfin le tracé du-dit graphique, ce dernier étant effectué à la règle ou à main levée, ceci étant fonction du stade d'avancement du programme en mathématiques dans le cas d'une classe de seconde.

Second problème : la légende complète du graphique.

Un graphique se doit de posséder :

  • un titre. Exemple (inspiré de la question posée, pour aller au plus simple) : Graphique représentant l'évolution de la concentration en dioxygène en fonction du temps. On peut bien sûr, dans le cas présent inclure dans le titre à l'obscurité voire même qu'il s'agit de chlorelles,
  • des axes titrés soit Concentration en dioxygène en µmol/L en ordonnée, temps en minutes en abscisse,
  • une échelle ou à défaut des axes gradués avec indications numériques.

On précise que toutes ces informations sont obligatoires, mais au premier contrôle demandant de réaliser un tel graphique, jusqu'à 50% des élèves en oublie la moitié[1].
Le résultat (cliquez sur l'image pour l'agrandir) :

Troisième problème : analyser un tel graphique

Une analyse se doit de comporter 3 parties :

L'observation

Restons simples : on constate que la concentration en dioxygène diminue au cours du temps.
Se battre contre les la courbe monte, l'oxygène descend, la courbe stagne, l'oxygène évolue et j'en passe et assez difficile. La traduction écrite de l'observation d'une courbe (qui nécessite de savoir s'exprimer correctement à l'écrit) se doit d'une part de contenir les grandeurs étudiées (ici la concentration en dioxygène), d'autre part traduire l'évolution éventuelle de cette grandeur.
Ensuite, dans le cas présent, on parle de dioxygène et non pas de oxygène puisqu'il est écrit 02 (merci à tous les vulgarisateurs de tout poil spécialisés dans les raccourcis) : dans l'atmosphère l'oxygène dit gazeux est bien du dioxygène, c'est donc une molécule composée de deux atomes d'oxygène.

D'après le protocole expérimental, on sait qu'il ne peut pas y avoir d'échanges avec l'extérieur (ceci a pu être constaté par ceux qui ont réalisé l'expérience d'EXAO[2]. Le taux de dioxygène mesuré en début d'expérience correspond donc à une concentration initiale de dioxygène présente dans le milieu. Il n'y a qu'une seule courbe, la pertinence d'indiquer la valeur chiffrée initiale de la concentration en dioxygène dans le milieu, comme la finale, est fonction de la question posée mais est à priori inutile dans le cadre d'une analyse de courbe classique, d'autant plus que notre observation précédente sous-entend forcément que la concentration initiale est plus élevée que la concentration finale puisqu'on observe une diminution de la concentration en dioxygène.

L'interprétation

Soit littéralement dire ce que signifie l'évolution de la concentration en dioxygène dans le cas présent. Il suffit donc de dire : les chlorelles ont absorbé le dioxygène présent dans le milieu. Je ne pense pas qu'il y ait besoin de rajouter quelque chose de plus à ce stade.

La conclusion / Le bilan

Vue l'interprétation précédente, même si, comme je l'indiquais plus haut, il manque des données à un tel graphique pour être pleinement utile, le phénomène caractérisé par une absorption de dioxygène par des cellules est ici la respiration.

Second temps : deux courbes sur le même graphique

Pour aller à l'essentiel, le document est le suivant (cliquez sur l'image pour l'agrandir) :

Premier problème : les axes, encore et toujours

Avant de tenter quoique ce soit, il faut :

  • vérifier quel axe correspond à quelle courbe,
  • vérifier les unités utilisées,
  • vérifier l'échelle.

Tout ceci afin de s'assurer qu'une comparaison éventuelle sera possible.

Ensuite, l'analyse

  • L'observation : peu de changements par rapport à l'exemple précédent : On observe que la concentration en dioxygène diminue au cours du temps. Une nouveauté, décrire l'évolution de l'autre courbe en insistant bien, dans le cas présent, sur la simultanéité des variations d'où la phrase suivante : dans le même temps, la concentration en dioxyde de carbone augmente au cours du temps par exemple.
  • Interprétation : les chlorelles absorbent le dioxygène et rejettent le dioxyde de carbone dans le milieu.
  • Conclusion : ces échanges gazeux mettent en évidence le fait que les chlorelles respirent.

Troisième temps, on rajoute un paramètre qui varie : la lumière.

La courbe obtenue est donc la suivante (cliquez sur l'image pour l'agrandir) :

Toutes les remarques précédentes sont toujours valables : on a bien deux courbes. Seulement le graphique se découpe en 3 phases dont deux sont communes. La logique voudrait qu'on s'occupe en premier du cas le plus simple (à l'obscurité) pour finir avec le cas non encore vu (à la lumière).

A l'obscurité :

  • Observation : je constate que la concentration en dioxygène diminue au cours du temps en même temps que celle en dioxyde de carbone augmente au cours du temps.
  • Interprétation : ce qui signifie que les chlorelles absorbent le dioxygène et rejettent le dioxyde de carbone.
  • Conclusion : on peut en conclure qu'à l'obscurité les chlorelles respirent,

A la lumière :

Là, ça se complique car les courbes ne livrent qu'une partie des informations identifiables, en effet, il faut réfléchir un peu pour trouver l'intégralité de la réponse attendue.

  • Observation :On constate que les pentes des courbes sont inversées par rapport au cas précédent (à l'obscurité) , c'est à dire que la concentration en doxygène augmente au cours du temps en même temps que celle en dioxyde de carbone diminue.
  • Interprétation : ceci indique donc que les chlorelles ont consommé le dioxyde de carbone et on rejeté le dioxygène.
  • Conclusion : les chlorelles réalisent donc la photosynthèse.

Les élèves s'arrêtent souvent à ce stade, avec le sentiment du devoir accompli. Il est très difficile de leur faire comprendre que les chlorelles respirent également le jour : imaginez-vous un seul instant que les plantes restent en apnée pendant toute la durée du jour? Le bilan doit donc se poursuivre pour tenir compte du phénomène de la respiration : il n'est pas envisageable que les chlorelles s'arrêtent de respirer à la lumière. Ceci implique donc que que la respiration a bien lieu à la lumière et que les courbes obtenues correspondent en fait à la résultante de deux phénomènes : la respiration et la photosynthèse. La photosynthèse a un rendement supérieur à celui de la respiration comme l'attestent les pentes des courbes.

Ou est la difficulté dans tout ce que je viens de dire? Je cherche, je ne vois pas. Toujours est-il qu'après avoir étudié 4 graphiques en deux séances, osez mettre une étude de graphique au menu du contrôle suivant, et constatez les résultats. Le taux d'échec est anormalement élevé. Vous expliquez de nouveau (ah si les murs pouvaient parler !), vous envoyez au tableau des élèves pour constater les progrès vérifier s'il y a des progrès, vous remettez un autre graphique au contrôle suivant : l'amélioration est minime, les erreurs étant souvent les mêmes (manque de rigueur, faute d'inattention, manque de travail...). Que faire? Et on va encore dire que les mauvaises notes sont la faute exclusive des enseignants...

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Notes

[1] le triste record que j'ai pu constater était 2 tiers des élèves n'ayant pas réussi à obtenir le maximum, le titre et les unités des axes étant les éléments les plus souvent oubliés.

[2] l'EXAO étant un moyen pratique de faire des expériences, ou un cauchemar qui coûte cher (il faut compter en moyenne entre 1500 et 3000 euros par poste, sans compter l'ordinateur, pour avoir un équipement théoriquement utilisable pour toutes les sections) et ne fonctionne que rarement car dépendant de tellement de paramètres non maîtrisables par un professeur (électronique fragile, stabilité de la tension du courant, lois de Murphy).... Pour un fan d'ordinateur comme moi, c'est navrant de devoir dire ceci.