Réfraction

Des travaux relatifs à la réfraction de la lumière.

Daniel Colladon’s Lightfountain or Lightpipe. La Nature, 1884.

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier refraction).

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Documents disponibles.

1. [1-sans-question.pdf] : des situations à exploiter d’abord individuellement pour élaborer les questions possibles et leur résolution ; la  mise au point en petit groupe sera suivi d’échanges en grand groupe et d’apports magistraux synthétiques si nécessaire.

Documents d’aide : [lois.pdf] ; [histoire.pdf] 

Ainsi que les animations d’Adrien Willm : [descartes.swf] ; [dispersion.swf]

2. [experimental.pdf] : une étude expérimentale classique de vérification de la loi de Snell – Descartes avec élaboration préalable du protocole.

On pourra également utiliser :

[mesures.xlsx] : un tableau de résultats de mesures sous tableur.

Consigne : élaborer et réaliser une méthode graphique de vérification de la loi de Snell-Descartes, permettant également de déterminer le rapport des indices n2 / n1. Corrigé : [mesures-corrige.xlsx] 

http://phet.colorado.edu/sims/html/bending-light/latest/bending-light_fr.html

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier refraction).

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Matériaux (2) – Graphène

https://knowablemagazine.org/article/technology/2019/graphene-2d-materials

Il s’agit ici d’un travail d’exploitation de documents relatifs au graphène et ses applications.

Consignes : [1-graphene.pdf]

Le dispositif de travail est classique : individuel d’abord puis en petit groupe avec réalisation d’un poster synthétique (affiche) puis animation tableau en grand groupe pour la présentation des posters et enfin une synthèse magistrale si nécessaire.

Documents à exploiter :

[graphene.pdf] ; [carbone.pdf]

[orbitales.pdf] ; [structure.pdf]

[utilisations.pdf] ; [energie.pdf]

Ainsi que :

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier materiaux (2) graphene).

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[hybridation.pptx] :

graphene.mp4

utilisations.mp4

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier materiaux (2) graphene).

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Matériaux (1) – Ciment

Il s’agit ici d’un travail d’exploitation de documents relatifs au ciment et ses propriétés ainsi que les problèmes associés et innovations en perspective.

Consignes : [1-ciment.pdf]

Le dispositif de travail est classique : individuel d’abord puis en petit groupe avec réalisation d’un poster synthétique (affiche) puis animation tableau en grand groupe pour la présentation des posters et enfin une synthèse magistrale si nécessaire.

Appareil de Vicat (essai du temps de prise du ciment)

Documents à exploiter :

[2-fabrication.pdf] ; [3-prise-ciment.pdf] ; [4-empreinte-carbone.pdf]

[histoire.pdf]

[innovations.pdf] ; [geopolymeres.pdf]

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier materiaux (1) ciment).

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier materiaux (1) ciment).

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Glucose

Il s’agit d’un travail expérimental classique : le dosage retour par le diiode du glucose libre dans un jus de fruit.


Disponible également : l’atelier Molécules (2) – Glucose

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier glucose).

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Documents de travail :

[1-glucose.pdf] protocole et guide pour le rapport d’étude.

[2-glucose.pdf] une autre version avec protocole mais sans le guide, de façon laisser l‘initiative pour la construction ordonnée et complète du rapport d’étude.

Documents complémentaires :

[glucose.pdf] ; [glucose-matériel.pdf] ; [glucose-corrige.pdf]

Et des problèmes adaptés d’anciens sujets de bac.

Exemple de problème

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier glucose).

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Chromisme (2) – Photo

https://www.misterspex.es/guia-gafas/cristales-fotocromaticos

Il s’agit ici d’un travail d’exploitation de documents relatifs au photochromisme et quelques-unes de ses applications.

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier chromisme (2) – photo).

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Consignes : [1-photochromisme.pdf]

Le dispositif de travail est classique : individuel d’abord puis en petit groupe avec réalisation d’un poster synthétique (affiche) puis animation tableau en grand groupe pour la présentation des posters et enfin une synthèse magistrale si nécessaire.

Ce travail documentaire peut constituer un prolongement des études habituelles sur les couleurs.

On pourra consulter sur ce même site les ateliers suivants :

Chromisme (1) – Halo-thermo ; La couleur d’une orange (1) ; La couleur d’une orange (2) ; Vert (1) ; Vert (2) ; Pixel ; Spectro (3) – UV-Vis

Documents à exploiter :

[auxochrome.pdf] ; [bathochrome.pdf]

[chromenes.pdf] ; [chromismes.pdf]

[photochromisme.pdf]

[stockage-optique.pdf] ; [verre.pdf]

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier chromisme (2) – photo).

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Biométrie

Empreintes digitales relevées par le Britannique William James Herschel. 1859-1860

https://fr.wikipedia.org/wiki/Empreinte_digitale

Empreintes digitales

Il s’agit ici d’un travail d’exploitation de documents relatifs à la biométrie digitale et la nouvelle technique de prise d’empreinte par ultrasons.

Consignes : [1-empreinte.pdf]

Le dispositif de travail est classique : individuel d’abord puis en petit groupe avec réalisation d’un poster synthétique (affiche) puis animation tableau en grand groupe pour la présentation des posters et enfin une synthèse magistrale si nécessaire.

Ce travail documentaire peut constituer un prolongement des études habituelles sur les ultrasons.

On pourra aussi consulter sur ce même site : https://jcmarot.com/2020/02/15/ondes-2-son/

Documents à exploiter :

Les documents textes : [digitale.pdf] ; [biométrie.pdf]

La vidéo publicitaire de  Qualcomm® Snapdragon Sense™ : [3D-fingerprint.mp4]

La vidéo de Sciencethic TV : [principe-echographie.mp4]

L’animation d’Adrien Willm : [echographie.swf]

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier biometrie).

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voir principe-echographie.mp4

voir echographie.swf

voir 3D-fingerprint.mp4

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier biometrie).

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Ski

 

Situation sans question et questions sans situation

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https://www.theriderpost.com/disciplines/snow/saut-a-ski-nouveau-record-du-monde-avec-251-5-metres-de-long/

 

Le dispositif présenté permet de travailler la lecture et l’analyse d’un énoncé de problème, ici le saut à ski. 

Pour la moitié des participants on supprime les questions et une partie de la description de la situation pour inviter à la reconstituer et du même coup forcer l’analyse des éléments dont on dispose (variantes possibles de la situation, données nécessaires, moyens de résolution…). Par exemple dans ce problème du saut à ski on peut s’interroger sur la forme de la piste, son inclinaison finale, les frottements, les conditions de simplifications, etc.

Pour les autres participants on présente les questions sans le descriptif de la situation…

Après les travaux individuels et en petit groupe les mises en commun permettent d’avancer vers les modes de résolution.

 Ce type de travail est évidemment adaptable à divers thèmes pouvant donner lieu à des interprétations et variantes diverses et par conséquent pas trop simples.

 

 pistehttps://fr.wikipedia.org/wiki/Saut_%C3%A0_ski*

Ancien tremplin de saut d'Holmenkollen (OsloNorvège)

 800px-Ski_jumping_hills,_Whistler_2

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ski_jumping_hills,_Whistler_2.jpg

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ski).

 

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Documents et consignes : [1-avec-et-sans-question.pdf]

1

2

Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier ski).

docs

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Chromisme (1) – Halo-thermo

Halo-thermochromisme

Halochromisme : changement de couleur en fonction du pH

Thermochromisme : changement de couleur en fonction de la température

cristalvioletlactone2

Lactone cristal-violet

Crystal_violet_lactone-reaction

 

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_1_fr.html

L’expression « matériaux chromiques » se réfère aux matériaux dont la couleur change en fonction d’un stimulus extérieur. Les matériaux chromiques sont alors nommés en fonction de ce stimulus :

· Photochromique : le stimulus extérieur est la lumière

· Thermochromique : le stimulus extérieur est la température

· Electrochromique : le stimulus extérieur est l’électricité

· Piezochromique : le stimulus extérieur est la pression

· Halochromique : le stimulus extérieur est le pH…

 

https://campus.mines-douai.fr/pluginfile.php/13740/mod_resource/content/0/CH2_fr_mai_2013/co/cours_ch2_1_3_fr.html

Les matériaux ou composés dans lesquels les changements observables de couleur sont induits par un changement de température sont nommés thermochromes. Ce phénomène peut être réversible, (i.e. le matériau reprend sa couleur originelle après refroidissement) ou irréversible. Le comportement thermochrome peut être obtenu à partir de différents mécanismes :

· le transfert de charge,

· le champ cristallin,

· la modification de la structure chimique,

· les phénomènes physico-chimiques évoluant avec la température :

o les transitions de phase,

o les décompositions,

o la dilation thermique.

 

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier chromisme (1) – halo-thermo).

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Trois documents différents traitent du halo-thermochromisme, changement de couleur d’un leuco-colorant sous l’effet d’une variation de pH induite par une élévation de température.

Il s’agit d’interpréter la situation : un travail individuel préalable de repérage des éléments pertinents dans l’un des documents sera suivi d’une mise en commun en petit groupe avec production d’un poster synthétique qui sera présenté en grand groupe avec animation tableau pour affiner les propositions. Les petits groupes peuvent être constitués de façon que les trois documents soient exploités.

 

 

Les 3 documents de travail :

[1-halo-thermo-1.pdf] ; [1-halo-thermo-2.pdf] ; [1-halo-thermo-3.pdf]

 

 

thermochromie-1

 

thermochromie-2

 

thermochromie-3

 

 

Documents d’aide :

[chromismes.pdf] ; [bathochrome.pdf] ;

[lactones.pdf] ; [hybridation.pptx]

 

 

chromismes

 

bathochrome

 

lactones

 

hybrid

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier chromisme (1) – halo-thermo).

docs

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Eau salée

Y a-t-il des trous dans l’eau ?

 

 

Voici donc un chantier de science (niveaux collège par exemple) où on s’interroge sur l’existence de « trous » dans l’eau, mais aussi et surtout sur la validité d’un protocole et de l’interprétation des résultats…

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

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Document des consignes : [1-trous.pdf]

 

1-trous

 

Fichier de résultats : [volumes.xlsx]

 

volumes

 

Diaporama : [eau-salee.pptx]

diapo

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier eau salee).

docs

docs2

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Dihydrogène (2) – Bio-inspiration

Dihydrogène bio-inspiré

NiFe_Hydrogenase

Crystal structure of [NiFe] hydrogenase

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenase

F1.large

FromHydrogenases to Noble Metal–Free Catalytic Nanomaterials for H2 Production and Uptake https://science.sciencemag.org/content/326/5958/1384.figures-only

 

 

Marc Fontecave. À la frontière de la chimie et de la biologie : biocatalyse et catalyse bio-inspirée. 

4. 3. La catalyse bio-inspirée : exemple de la production d’hydrogène

La biocatalyse est une autre branche scientifique qui peut et doit être mise à profit par l’industrie. Il peut s’agir d’utiliser les micro-organismes, comme c’est déjà largement le cas, ou des extraits d’enzymes qui y sont actives, pour adapter aux grandes échelles voulues par l’industrie les réactions à l’œuvre dans le vivant. Il peut par ailleurs aussi s’agir de « copier » la nature en développant des catalyseurs moléculaires qui reproduisent les sites actifs d’enzymes, mais en les adaptant à des objectifs industriels : c’est ce qu’on appelle la catalyse « bio-inspirée », dont nous allons donner un exemple, celui des catalyseurs de production et d’oxydation de l’hydrogène. Il s’agit d’un problème
de grande envergure du fait des perspectives d’épuisement des ressources énergétiques fossiles (pétrole, gaz). L’idée est de tirer parti de l’énergie dégagée par la réaction entre l’hydrogène et l’oxygène qui conduit à l’eau, réaction qui est très exothermique. Un « monde hydrogène » pourrait alors être envisagé. Ceci suppose que l’on soit capable de produire l’hydrogène dans des conditions économiquement bien meilleures que ce que l’on sait faire aujourd’hui. Les catalyseurs utilisés aujourd’hui reposent sur l’emploi de métaux précieux et ce seul fait interdit une exploitation industrielle des procédés. Or, on trouve dans le monde vivant des catalyseurs merveilleux pour la synthèse et l’oxydation
de l’hydrogène : ce sont les enzymes dénommées hydrogénases, qui convertissent l’eau en hydrogène ou inversement, et le font à de très grandes vitesses (une dizaine de milliers de cycles par seconde).

 

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Figure 14

 

On propose ici une sélection de documents sur le thème de la catalyse enzymatique pour la production et l’utilisation du dihydrogène et des procédés bio-inspirés à l’étude actuellement.

 

docs

Des vidéos sont également disponibles :

vids

Ainsi que la leçon inaugurale deMarc Fontecave au Collège de France sur la chimie des processus biologiques (2009) : [Marc-Fontecave-leçon.pdf]

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (2) bioinspire).

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L’exploitation de ces documents peut prendre diverses formes comme par exemple dans ce qui suit.

 

Chaque participant reçoit deux documents différents. L’exploitation individuelle donnera lieu à une mise en commun en petit groupe de façon que l’ensemble des documents (ou une partie sélectionnée) s’y retrouvent. La production d’un poster synthétique est alors réalisée par le groupe.

 

 

Consigne 1 individuel (15 min)

Extraire (en surlignant ou soulignant) les éléments exploitables et pertinents permettant d’aborder la question des biocatalyses et catalyses bio-inspirée pour la production du dihydrogène.

 

Consigne 2 petits groupes (50 min)

Mettre en commun les éléments repérés et réaliser un poster synthétique et ordonné.

 

Les posters sont alors présentés au grand groupe, avec animation tableau.

 

Consigne 3 petits groupes (20 min)

Rédiger un document de synthèse présentant le problème et les éléments d’analyse ainsi qu’une conclusion.

 

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Document des consignes présentées ci-dessus : [1-dihydrogène.pdf]

 

[bio-inspire-1.pdf]

bio-inspire-1

 

[bio-inspire-2.pdf]

bio-inspire-2

 

[cluster-Ni-Fe.pdf]

cluster-Ni-Fe

 

[electrolyse.pdf]

electrolyse

 

[ferredoxine.pdf]

ferredoxine

 

[hydrogenases.pdf]

hydrogenase

 

[metalloenzymes.pdf]

metalloenzymes

 

[nitrogenase.pdf]

nitrogenase

 

[photo-production-1.pdf]

photoproduction-1

 

[photo-production-2.pdf]

photoproduction-2

 

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Tous les documents indiqués sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene (2) bioinspire).

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