Il nous faut des démarches claires et rationnelles

Je commence avec un cas particulier, mais il est très général.

Ce matin, examinant des spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN) avec des collègues, j'ai eu l'occasion de répéter qu'il y avait lieu de ne pas se lancer au hasard dans une exploration infinie, mais, au contraire, d'appliquer une démarche rationnelle et efficace.

Qu'importe la technique évoquée, ici la RMN. Ce qui essentiel, c'est d'observer que les méthodes d'analyse modernes produisent une quantité d'information considérable, de sorte que l'on peut passer une vie entière à les interpréter.

J'ai déjà expliqué combien je pense que la méthode des ordres de grandeur était essentielle : on regarde d'abord un spectre de très loin, on repère (facilement) les informations principales, on analyse ces dernières, puis on s'approche un peu, ce qui signifie en pratique et que l'on grossit le spectre ; on  voit alors se dégager de nouvelles informations, que l'on analyse, et ainsi de suite.
On s'arrête quand on veut.

Mais cela, c'est déjà en quelque sorte une mauvaise solution, et on aurait toujours intérêt à penser qu'une expérience est une question posée à la nature.
Par exemple : y a-t-il des phospholipides dans la solution dont je fais l'analyse par RMN ?

Dans cette autre démarche, on n'utilise plus la démarche précédente, et l'on va chercher précisément les signaux attendus pour les protons des phospholipides (par exemple).

Plus techniquement maintenant, pour la RMN, il y a une démarche préliminaire à mettre en œuvre, qui consiste à chercher le signal de la référence et à le fixer exactement à zéro sur l'axe des déplacements chimiques, car si tout le spectre est décalé, on ne pourra plus rien analyser.
D'autre part, pour comparer des spectres différents, pour avoir des informations quantitatives sur les composés présents, il y aura lieu également, préliminairement, de d'intégrer le signal de la référence (cela signifie calculer son aire) et de fixer la valeur trouvée à 1, car c'est ainsi que l'on pourra comparer des spectres différents et voir d'éventuelles variations de quantité de composés qu'on aura identifiés.

Bref, pour être efficace, il y a lieu d'être rationnel de mettre en œuvre une démarche claire, bien définie, rationnelle.

Ce que j'ai dit ici pour la RMN vaut pour la spectroscopie infrarouge, la spectroscopie UV-visible, la chromatographie en phase liquide couplée à la specrométrie de masse, etc... mais en réalité, ça vaut pour la vie tout entière : il faut faire le gros avant le détail, il faut avoir une démarche et non pas se lancer à l'aveuglette, au hasard, sans quoi on arrive nulle part

Derrière l'image : des molécules dans l'air.

 

Nous sommes bien d'accord que, pour  donner une idée de molécules dans l'air, il faudrait présenter un volume dans lequel se trouveraient des molécules.

Mais on peut aussi imaginer de prendre une photo dans le plan de deux molécules voisines et voici ce que l'on observerait.

Comme toujours avec les images, il y a  lieu d'être prudent, d'interpréter, car les molécules de l'air sont de différents types :  diazote, dioxygène, dioxyde de carbone...

Mais nous voulons donner ici une idée générale, un ordre de grandeur et l'on  considérera donc que l'air est fait de molécule de diazote.

Évidemment, les molécules diazote ne sont pas de petites haltères, mais au premier ordre encore, il y a peut-être lieu de se limiter à la représentation donnée ici, voire réduire les molécules à un point seulement puisque l'on verra le résultat plus tard.

La question est  :  quelle distance sépare deux molécules de diazote dans l'air ?

On considère évidemment de l'air à la température ambiante, dans des conditions normales de pression. Bref on ne tourne pas autour du pot  : on regarde l'air devant soi et l'on se demande quelle est la distance entre deux molécules d'air quitte à raffiner ensuite.

À ce stade, il doit y avoir une démarche mise en œuvre car on imagine bien que puisque les molécules d'air bougent tous sens dans le vide -j'insiste : dans le vide-, alors il y en a qui sont proches et d'autres qui sont plus éloignées.

Certes, mais pour faire un calcul d'ordre de grandeur, nous irons d'abord considérer une moyenne. Mieux encore, nous nous résoudrons pour le calcul à placer les molécules au centre d'un réseau cubique, dont nous cherchons la longueur de la maille. Avec cette démarche, il devient très facile de calculer la distance entre deux molécules d'air et plusieurs solutions sont possibles selon les lois physiques dont on se souvient.

Par exemple, si l'on a en tête la loi des gaz parfaits, alors on pourra écrire que le produit de la pression par le volume est égal au nombre de moles par une constante R et par la température absolue. Il est facile, en fixant un volume, par exemple d'un mètre cube, de calculer le nombre de moles, donc le nombre de molécules.
D'autres, qui se souviendront qu'une mole d'un composé fait un volume de gaz de 22,4 litres auront un autre point de départ pour leur calcul, mais en réalité ce sera le même.

Bref, selon ce que nous avons retenu de nos études élémentaires à l'université, nous aurons des possibilités qui nous conduiront ensuite à diviser le volume du gaz par le nombre de molécules (qui sera égal au nombre de moles multiplié par le nombre d'Avogadro).
Puis, ayant le volume associé à une molécule, on cherchera le côté du cube correspondant.

Et c'est ainsi qu'on s'aperçoit que la distance entre deux molécules dans l'air et d'environ 200 fois le diamètre d'une molécule de diazote  : l'air est donc c'est essentiellement de vide, d'où la représentation pas si fausse de la figure initiale.