Il s’agit d’une activité expérimentale (niveau Quatrième), l’étude de la caractéristique U(I) d’une résistance (résistor). On utilise dans un premier temps le matériel usuel avec une exploitation des résultats sous tableur. Dans un second temps on met en œuvre l’Exao.
Le document proposé est un diaporama qui peut être utilisé en autonomie par les groupes de travail. A chaque étape l’enseignant peut appeler à la mise en commun des propositions sous forme d’animation tableau (en utilisant le diaporama comme support).
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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier resistance).
Cette activité peut être transposée à l’étude de la caractéristique d’une petite lampe à filament classique, avec les modifications nécessaires : [caracteristique-l.pptx] ou[caracteristique-l.pdf].
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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier resistance).
Les documents proposés sont des supports pour une conférence (janvier 2019).
Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier femmes de sciences).
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En 1673 François de la Barre écrivait : « les femmes sont aussi nobles, aussi parfaites et aussi capables que les hommes. Cela ne peut être établi qu’en refusant deux sortes d’adversaires, le vulgaire et presque tous les savants ».
Dans la recherche scientifique la parité est loin d’être atteinte, en particulier dans les pays de l’OCDE.
Nous allons à la rencontre de cinq femmes de sciences et de leurs travaux : Emilie du Châtelet, MilevaMarić, Maria Skłodowska, Lise Meitner et Jocelyn Bell. De la construction du concept d’énergie aux pulsars, en passant par la relativité et la physique nucléaire…
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Extraits du diaporama utilisé pour cette conférence.
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Le diaporama comporte des vidéos intégrées (version .pptx). Des diapos complémentaires sont également disponibles.
Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier femmes de sciences).
Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l’yttrium 39Y, et les quinze lanthanides. Ces métaux sont, contrairement à ce que suggère leur appellation, assez répandus dans la croûte terrestre, à l’égal de certains métaux usuels. L’abondance du cérium est d’environ 48 ppm, par contre celle du thulium et du lutécium n’est que de 0,5 ppm. Sous forme élémentaire, les terres rares ont un aspect métallique et sont assez tendres, malléables et ductiles. Ces éléments sont chimiquement assez réactifs, surtout à des températures élevées ou lorsqu’ils sont finement divisés. Leurs propriétés électromagnétiques proviennent de leur configuration électronique avec remplissage progressif de la sous-couche 4f, à l’origine du phénomène appelé contraction des lanthanides. Il faut attendre le projet Manhattan dans les années 1940 pour que les terres rares soient purifiées à un niveau industriel et les années 1970 pour que l’une d’elles, l’yttrium, trouve une application de masse dans la fabrication de luminophores des tubes cathodiques utilisés dans la télévision couleur. Du point de vue de l’économie mondiale, les terres rares font désormais partie des matières premières stratégiques. […] Nombre de ces éléments possèdent des propriétés uniques qui les rendent utiles dans de nombreuses applications : optiques (coloration du verre et de la céramique, télévision couleur, éclairage fluorescent, radiographie médicale), chimiques et structurales (cracking du pétrole, pots catalytiques), mécaniques (leur dureté associée à une réaction chimique facilite le polissage du verre dans l’optique de pointe), magnétiques (propriétés exceptionnelles leur permettant, en alliage avec d’autres métaux, la miniaturisation d’aimants très performants, utilisés notamment dans les éoliennes, la téléphonie, l’électroménager) ; ainsi l’utilisation des terres rares s’est accrue depuis la fin du XXe siècle. En outre, les terres rares sont utilisées pour la croissance verte.
Connaissez-vous les terres rares ? Elles désignent 17 métaux : le scandium, l’yttrium, et quinze autres qui font partie de la famille des lanthanides (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium ou encore lutécium). Ce sont pour la plupart des matériaux brillants, avec un éclat argenté, qui sont souvent malléables. Découvert pour le premier d’entre eux en 1787 par l’armateur suédois Carl Axel Arrhenius, on les retrouve dans des lasers infrarouges ou à rayons X, les panneaux photovoltaïques, les diodes luminescentes, des horloges atomiques, les aimants permanents ou encore les pierres à briquet. L’yttrium est, par exemple, utilisé dans la fabrication des lampes LED. De leur côté, le lanthane, le cérium, le néodyme ou le praséodyme sont utilisés dans les batteries rechargeables.
Aujourd’hui encore faiblement sollicités (leur consommation n’est égale qu’à 17 grammes par habitant et par an), les besoins devraient fortement augmenter à l’avenir. Ainsi, si la voiture électrique s’impose en 2040, il faudra extraire davantage de terres rares que ce que l’humanité a prélevé depuis 70 000 ans, explique Guillaume Pitron dans La Guerre des métaux rares (éd. Les Liens qui libèrent). Déjà, depuis 2017, les prix du néodyme et du praséodyme ont augmenté de plus de 80 %, estime le Bureau de recherche géologique et minière (BRGM).
Oxydes de terres rares.
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Les terres rares sont impliquées dans la mise en œuvre des technologies innovantes à visées éco-responsables. Mais les conditions de leur exploitation ainsi que les enjeux économiques en cause génèrent bien des controverses.
Deux parties pour cette étude : partie 1 : séparation ; partie 2 : controverses.
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier terres rares).
La consigne de travail individuel proposée dans le document de travail peut être suivie d’une mise ne commun et mise au point en groupe puis une animation tableau permet la synthèse.
Une vidéo illustrant en particulier la mise œuvre industrielle de la méthode de séparation : [recyclage-terres-rares-ampoules.2014.mp4]
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Partie 2 controverses : une collection de documents permet d’aborder (sous forme de « congrès d’experts » par exemple) les problématiques et controverses liées à l’exploitation des terres rares.
Le premier document indique les usages des terres rares, les deux suivants présentent deux méthodes nouvelles de leur séparation (séparation par les molécules-cages calixarènes d’une part, phytoextraction d’autre part) ; enfin quatre documents (de différentes dates) donnent des éléments de controverse. Deux vidéos sont également exploitables.
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier terres rares).
En petits groupes : mise en commun et réalisation d’une affiche avec les questions ; puis présentation des affiches avec animation tableauet discussion.
Ou bien échange des écrits individuels et chacun répond aux questions. Puis animation tableau pour le recueil des questions et des réponses et discussion.
Les sujets ainsi élaborés peuvent d’ailleurs servir de véritables évaluations à une date ultérieure…
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Exemple 2 : une installation électrique (sans question)
En petits groupes : mise en commun et mise au point ; puis animation tableau et prélèvement des propositions, sur une projection vidéo du document ci-dessus.
Ou bien, en petits groupes, mise en commun et mise au point et préparation d’un JEU DE RÔLE(personnages et scénario) simulant la combustion du méthane. Dans son aspect dynamique le jeu de rôle permet d’ailleurs de réfléchir sur le rôle de l’allumette (élévation de température et donc accroissement de l’agitation thermique et de l’efficacité des chocs moléculaires pour amorcer la combustion) et la signification de l’élévation de température provoquée par la combustion (mouvement rapide des molécules formées…).
En petits groupes : mise en commun et réalisation d’une affiche avec les questions ; puis présentation des affiches avec animation tableau et discussion.
Ou bien échange des écrits individuels et chacun répond aux questions. Puis animation tableau pour le recueil des questions et des réponses et discussion.
Le sujet ainsi élaboré peut d’ailleurs servir de véritable évaluation à une date ultérieure…
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier combustions 4).
Le glucose a été isolé en 1747 à partir du raisin par le chimiste allemand Andreas Marggraf. En 1812, Constantin Kirchhoff parvient à transformer l’amidon en sucre (en sirop de maïs), par chauffage avec de l’acide sulfurique. En 1838, un comité de l’Académie des sciences composé des chimistes et physiciens français Thénard, Gay-Lussac, Biot et Dumas, décide d’appeler le sucre se trouvant dans le raisin, dans l’amidon, et dans le miel du nom de glucose, en fournissant comme étymologie le grec τὸγλεῦκος / gleukos, vin doux. Émile Littré ayant donné une autre étymologie, l’adjectif γλυκύς / glukus (« de saveur douce »), la racine habituelle est devenue glyc–(l’upsilon grec donnant un y), comme dans glycémie et glycogène.Le rôle important du glucose dans la biochimie de la plupart des êtres vivants a fait que la compréhension de sa structure et de sa formation dans les cellules s’est accompagnée de grandes avancées en chimie organique. On doit l’essentiel de ces résultats au chimiste allemand Emil Fischer, qui obtint le prix Nobel de chimie en 1902 « en reconnaissance des services extraordinaires qu’il a rendus par son travail sur la synthèse des sucres et des purines ». La synthèse du glucose permit de comprendre la structure des substances organiques et constitua la première validation définitive des théories du chimiste néerlandais Jacobus Henricusvan’tHoff relatives à la cinétique chimique et à l’arrangement des liaisons chimiques dans les composés organiques. Fischer établit la configuration stéréochimique de tous les sucres entre les années 1891 et 1894, et prédit correctement tous les isomères possibles en appliquant les théories de van’tHoff des atomes de carbone asymétriques.
Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier molecules (2)).
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Le glucose et ses isomères donnent lieu à une grande diversité de polymères très répandus dans les organismes vivants. Ainsi la cellulose constitue près de la moitié de la biomasse terrestre. La chitine, constituant des carapaces des crustacés et cuticules des insectes, est le deuxième bio-polymère le plus abondant dans la nature après la cellulose ; elle est constituée de dérivés du glucose, notamment la D-glucosamine et la N-acétyl-D-glucosamine.
On a pu également synthétiser des polymères dérivés de la cellulose tels que la nitrocellulose ou le xanthogénate de cellulose (viscose).
Le travail proposé ici est en deux parties.
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Partie 1 : Glucose ; il s’agit de comparer différents isomères du D-glucose.
L’isomérie a été remarquée la première fois en 1827, quand Friedrich Wöhler a préparé l’acide isocyanique (H-N=C=O) et a noté que, bien que sa composition élémentaire soit la même que celle de l’acide fulminique (H-CNO, préparé par Justus von Liebig l’année précédente), les propriétés chimiques de ces substances sont radicalement différentes. Cette découverte était en contraste avec les théories de l’époque dans le cadre desquelles l’on pensait que les propriétés d’une substance étaient entièrement déterminées par sa formule brute.Le terme « isomère » (ou plus exactement « corps isomériques ») a été proposé par le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius en 1830.
Utilisation du document de travail : il s’agit d’extraire et exploiter les données utiles pour calculer les volumes des fichiers vidéo et audio et de comparer à la capacité du Blue-Ray. On traite également la question du débit.
Consignes 2en groupe (15 min)
Mise en commun des résultats.
Animation tableaupour la collecte des résultats et la mise au point.
Lecture du documentconcernant la compression et discussion.
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier numerisation (2)).
Il s’agit simplement d’un petit exercice de numérisation, à la main… On aborde les notions de signal analogique, échantillonné et quantifié. Selon les paramètres d’échantillonnage, fréquence et quantification binaire (profondeur de bits) on observe les volumes de fichiers numériques obtenus.
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Tous les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier numerisation (1)).
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