Le terme de conductimétrie désigne une méthode de mesure des propriétés conductrices d’une solution qui permet notamment de déterminer la concentration des ions. La conductimétrie peut alors être mise en œuvre pour des titrages (par précipitation, échange de proton ou complexation par exemple). On peut aussi l’utiliser pour l’étude de la cinétique de certaines réactions.
Il s’agit ici du suivi d’une cinétique chimique par conductimétrie. La réaction, classique, concernée est la solvolyse du chlorure de tertiobutyle.
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier cinetique (1)).
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Trois formules sont proposées.
– Un travail de laboratoire présenté de façon classique :
On trouvera aussi un sujet type bac [probleme-solvolyse.pdf]et son corrigé, ainsi qu’une activité sous forme de vérification de document [solvolyse-verification.pdf].
Des animations illustrent les mécanismes des substitutions nucléophiles :
La consigne donnée au document de travail est d’abord individuelle : il s’agit de mettre au point des protocoles de titrage d’acides ou bases de produits commerciaux. Trois méthodes sont envisagées et documentées : pHmétrie, conductimétrie et colorimétrie.
Les propositions élaborées sont mises en commun en petit groupe (ce qui peut donner lieu à la réalisation d’affiches de résumé) puis mutualisées en grand groupe avec animation tableau.
– Et qu’est-ce qu’on brûlera à la place du charbon ?
– L’eau, répondit Cyrus Smith.
– L’eau, s’écria Pencroff, l’eau pour chauffer les bateaux à vapeur et les locomotives, l’eau pour chauffer l’eau !
– Oui, mais l’eau décomposée en ses éléments constitutifs, répondit Cyrus Smith, et décomposée, sans doute, par l’électricité, qui sera devenue alors une force puissante et maniable, car toutes les grandes découvertes, par une loi inexplicable, semblent concorder et se compléter au même moment. Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir. Un jour, les soutes des steamers et les tenders des locomotives, au lieu de charbon, seront chargés de ces deux gaz comprimés, qui brûleront dans les foyers avec une énorme puissance calorifique.
Ainsi donc, rien à craindre. Tant que cette terre sera habitée, elle fournira aux besoins de ses habitants, et ils ne manqueront jamais ni de lumière ni de chaleur, pas plus qu’ils ne manqueront des productions des règnes végétal, minéral ou animal. Je crois donc que lorsque les gisements de houille seront épuisés, on chauffera et on se chauffera avec de l’eau. L’eau est le charbon de l’avenir.
Jules Vernes. L’île mystérieuse.1875.
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier dihydrogene (1) electrolyse).
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Trois thèmes sont abordés à propos du dihydrogène : l’électrolyse de l’eau, les piles à combustible et la photo-électrolyse de l’eau.
Les documents de travail donnent la consigne pour le travail individuel. Ce dernier est suivi d’une mise en commun en groupe (avec éventuellement production d’une affiche de résumé) puis une collecte et discussion des propositions sous forme d’animation tableau.
La troisième partie aborde le sujet des semi-conducteurs (ici TiO2) pour la mise en œuvre de cellule de photo-électrolyse de l’eau (avec aussi un calcul de longueur d’onde de photon). Les travaux sont abordables en Première ou Terminale S, voire même pour certains en Seconde.
Un texte complémentaire [4-hydrogene-vert.pdf] est également disponible pour la discussion de l »optimisme vert » à la jules Vernes…
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier dihydrogene).
Cette technique utilise la réaction naturelle du cuivre transformé en cathode à partir d’une anode soluble. En utilisant la chimie nécessaire pour passer de l’anode à la cathode, seul le cuivre sera récolté et les autres éléments qui ne réagissent pas au cours de cette étape. Malgré une utilisation intelligente de ce procédé chimique, le cuivre obtenu ne sera pas pur immédiatement. Les cathodes vont alors être refondues afin de subir plusieurs transformations et obtenir un cuivre pur à 99,9% ou à un pourcentage supérieur. C’est à ce moment précis que le cuivre pourra être vendu aux différentes industries et constituer un grand nombre d’objets.
Les trois types de cuivres obtenus
L’affinage permet de dégager trois types de cuivre différents. Le cuivre Cu-a1 est intéressant à cause de sa conductibilité électrique exceptionnelle mais il ne supporte pas les traitements supérieurs à 400 degrés compte tenu de la présence d’hydrogène à l’intérieur. Le cuivre Cu-b1 possède pour sa part une faible conductibilité électrique mais est idéal pour être déformé et constituer des produits aux formes différentes. Il peut également être soudé très facilement et permettre de constituer des créations à base de cuivre dans différents domaines d’applications. Le cuivre Cu-c1 ne présente plus du tout
d’oxygène donc il est parfait pour des réalisations spécifiques qui demandent une qualité de cuivre importante. Les trois cuivres sont proposés aux industries qui choisissent celui qui correspond le plus aux projets de fabrication d’objets.
Didier Descouens – Chalcopyrite sur quartz – Ancienne collection de la Faculté de pharmacie de Paris
N°3998. District de St Agnes, Cornouailles, Angleterre.
La chalcopyrite est une espèce minérale composée de sulfure double (35 % massique), de cuivre (34,5 %) et de fer (30,5 %), de formule CuFeS2.
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Il s’agit ici de la préparation d’un protocole de vérification quantitative de la technique d’affinage électrolytique du cuivre.
Sur le même thème on pourra également consulter :Avogadro
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Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier affinage).
L’idée d’assembler plusieurs morceaux de bois juxtaposés dans le sens du fil du bois revient à Philibert Delorme, architecte, qui en 1548 entreprit de concevoir des arcs en bois composés de plusieurs sections de bois solidarisées par un clavetage bois. Au XIXe siècle, le colonel Emy compose un empilement de planches cintrées et serrées par des colliers de métal, ce qui permet d’améliorer la portée des arcs. L’idée est à nouveau améliorée en 1890 par Otto Hetzer, un charpentier allemand qui y introduit de la colle à la caséine pour aboutir à la charpente lamellé-collé. Le brevet de ce nouveau matériau est déposé en Allemagne, en France et en Suisse de 1906 à 1907. Les premiers tests de résistance furent quant à eux réalisés dès 1910.
En 1897, l’allemand Spitteler entreprend l’extraction de la caséine qui est la substance protidique constituant la majeure partie des albumines du lait et qui coagule sous l’action des acides. La caséine est également obtenue par caillage du lait sous l’action de ferments, le plus connu étant le labferment, qui est l’élément actif de la présure, obtenu par macération et raclage de la caillette du jeune veau. La colle de caséine fut adoptée immédiatement par l’aéronautique naissante pour le collage du bois (figure 18) et elles furent exclusivement utilisées par les allemands durant la guerre 1914-1918, pour le collage de toutes les pièces en bois des aéroplanes et des dirigeables.
Figure 18. L’aéroplane « Moore Brabazon » construit en 1909
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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier colle).
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Deux types de travaux sont proposés sur le thème classique de la colle à la caséine.
Après une première étape individuelle d’élaboration, les propositions sont mises en commun en groupe puis discutées sous forme d’animation tableau.
Le document [1-exemple.pdf] donne quelques précisions de mise en œuvre.
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2. Une exploitation de document pour interpréter (de façon très simplifiée évidemment) la précipitation des caséines par acidification du lait et inversement la réalisation de l’émulsion qui constitue la colle.
Là aussi un travail d’abord individuel puis en groupe permettra la collecte et la discussion des propositions. En simplifié bien sûr, le caillage du lait et l’émulsion des caséines correspondent à deux processus inverses :
– destruction des micelles par acidification (protonation des charges négatives hydrophiles des caséines k) et précipitation du caillé ;
– reconstitution des micelles par action basique de l’hydroxyde de calcium (tamponnée par le carbonate) qui déprotone les caséines k.
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Les documents sont téléchargeables à l’adresse DOCS(dossier colle).
2. Un sujet de bac du type « résolution de problème » duquel on a enlevé les questions préliminaires et l’énoncé du problème à résoudre : la consigne de travail est évidemment de les retrouver. C’est un travail d’abord individuel qui pourra être suivi d’une mise en commun et mise au point en petit groupe, puis d’une animation tableau pour la collecte des propositions et la discussion.
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).
Chantiers de Sciences 
