2 - Assouline - Jost - Structure des programmes · 2010. 2. 26. · INTER ACADÉMIQUES DGESCO Baccalauréat 3 ans Mathématiques Sciences Lyon 26 et 27 mars 2009 Paris 2 et 3 avril

© MEN/DGESCO ► eduscol.education.fr/forensactes

Programme national de pilotage

Mathématiques et sciences en lycée professionnel

Les conférences Actes des réunions interacadémiques Lyon les 26 et 27 mars 2009 Paris les 2 et 3 avril 2009

Octobre 2009

INTER ACADINTER ACADÉÉMIQUESMIQUESDGESCO DGESCO

BaccalaurBaccalaurééat 3 ansat 3 ansMathMathéématiques Sciencesmatiques Sciences

Lyon 26 et 27 mars 2009Paris 2 et 3 avril 2009

Structure de ces programmes

Un préambule commun aux mathématiques et aux sciences

physiques et chimiques

Direction générale de l'enseignement scolaire©Ministère de l'Éducation nationale

2

Les attitudes développéesle sens de l’observation ;la curiosité, l’imagination raisonnée, la créativité, l’ouverture d’esprit ;l’ouverture à la communication, au dialogue et au débat argumenté ;le goût de chercher et de raisonner ;la rigueur et la précision ;l’esprit critique vis-à-vis de l’information disponible ;le respect de soi et d’autrui ;l’intérêt pour les progrès scientifiques et techniques, pour la vie publique et les grands enjeux de la société ;le respect des règles élémentaires de sécurité.

10 conseils pour la démarche pédagogique

1. Prendre en compte la bivalence. 2. Privilégier la démarche d’investigation.3. S’appuyer sur l’expérimentation.4. Identifier les acquisitions visées : connaissances,

automatismes, capacité à résoudre des problèmes.5. Prendre appui sur des situations liées aux champs

professionnels.6. Proposer des activités de synthèse.7. Construire une progression adaptée.8. Intégrer les TIC dans les apprentissages.9. Mettre l’élève au travail, individuellement ou en groupe.10. Diversifier les modes d’évaluation.


3

La bivalenceEn quoi consiste la bivalence?

Comment l’exercer?

Échanges et éléments de réponses dans les ateliers transversaux

De la seconde àla terminale

Pour chaque disciplineUn programme pour chaque année en mathématiquesUn programme de tronc commun en 2ndeprofessionnelle en sciences physiques et chimiquesSuivi d’un programme de cycle terminal (1ère et terminale pro) composé d’un tronc commun et d’unités spécifiques Chaque programme décliné en modules de formationChaque module décliné en capacités et connaissances


4

Les nouveaux programmes de mathématiques de la voie

professionnelle

La classe de secondehuit modules de formation

Statistique à une variable Fluctuations d'une fréquence selon les

échantillons, notion de probabilitéInformation chiffrée, proportionnalité*Résolution d'un problème du premier degréNotion de fonction Utilisation de fonctions de référence De la géométrie dans l'espace à la géométrie

plane Géométrie et nombres.

Note:* Le thème "Information chiffrée, proportionnalité" est à traiter tout au long de la formation, et ne constitue pas un module en soi.


5

Les mathématiques une discipline cumulative

• Dans chacune des grandes branches les connaissances et les compétences s’acquièrent progressivement, et toute lacune à un niveau donnépeut s’avérer un obstacle difficilement surmontable aux niveaux suivants

• les apprentissages se construisent dans la durée, par approfondissements et enrichissements successifs

être vigilant à chaque étape

penser les progressions en terme « spiralaire »

Un programme Un programme «« rrééactualisactualiséé »»

Des nouveautés : les probabilités avec de la fluctuation d’échantillonnage en seconde, des thématiques, l’utilisation de logiciels dédiés aux mathématiques (TIC)

Quelques suppressions : les vecteurs en seconde, les mathématiques financières, l’intégration en terminale

Un programme complémentaire pour BTS


6

Les points forts

Utilisation de thématiques Expérimentation en mathématiquesIntégration obligatoire des logiciels dédiés aux mathématiquesRésolution de problèmes Automatismes

Cinq grandes thématiques

Développement durable• Prévention, santé et sécurité• Évolution des sciences et techniques• Vie sociale et loisirs• Vie économique et professionnelle

en ateliers disciplinaires : comment enseigner les mathématiques en utilisant des thématiques?


7

Les TICune obligation de formationUtilisation de logiciels dédiés aux mathématiques dans tous les modules

ExpérimenterÉmettre des conjecturesVérifierSolliciter le raisonnement

Intégrer leur utilisation dans les apprentissages, dans les évaluationsTravailler en salle informatique au moins une fois par semaine

Problèmes, automatismes et raisonnement (1)

La pratique mathématique s’appuie sur la résolution de problèmes :

rechercher, extraire et organiser l’information ;choisir et exécuter une méthode de résolution ;raisonner, argumenter, pratiquer une démarche

expérimentale, valider un résultat ;communiquer à l’aide du langage scientifique et

d’outils technologiques.


8

Problèmes, automatismes et raisonnement (2)

Par leur mobilisation immédiate en mémoire de travail, les automatismes facilitent la prise d’initiative lors de raisonnements et des résolutions de problèmes.

D’où l’importance de faire mémoriser, …

Des exemples d’automatismes

Connaître la longueur du cercle Représenter un diagramme à l’aide d’un tableurCaractériser un rectangle par ses diagonalesDéterminer un quatrième proportionnelleUtiliser la droite d’équation y = a x + b

Attention! les automatismes ne sont pas des « recettes »,Ils sont nécessaires, mais non suffisants!La classe de mathématiques doit toujours rester un lieu de créativité et de plaisir de chercher!


9

• Fin de la première partie• du diaporama

La liaison avec le collègeDécouvrir les nouveaux programmes de

collège, le préambule commun S’inscrire dans la continuité du socle

commun Faire découvrir la nouvelle voie

professionnelle et le programme de seconde


10

Enseigner les mathématiquesQuestions-clefs :

qu’est-ce que je veux faire apprendre ?quel travail donner en classe , à la maison ?et ensuitequ’est ce qui a été compris, acquis?qu’est ce qui n’a pas été compris ?comment évaluer ?

Importance des synthèses orales ou écrites, des travaux personnels

L’évaluation de l’élèveÉvaluer l’élève quand il est « prêt »Le préparer par des exercices en classe, des travaux personnels à la maison

L’interrogation oraleLes devoirs surveillésLes examens : le BEP et le Bac Pro

Proposer des situations où dans une ou deux questions l’utilisation de logiciels est nécessaireLe référentiel BEP


11

La liaison avec le supérieurLe programme complémentaire pour BTS

Pourquoi ?Pour quels élèves ?Avec quels moyens ?Selon quelle organisation ?

Attention !Travail commun entre professeurs des 2 lycéesélèves motivés, autonomes, travailleurs

Information Animation Formation– Les programmes du collège– Les programmes du bac pro – Les documents-ressources du collège

• Quelques thèmes possibles:– Les 10 conseils de la démarche pédagogique– Les attitudes– La progressivité des apprentissages en …– Utiliser un logiciel pour enseigner et faire apprendre la notion de …. – Organiser une évaluation avec un logiciel dédié en …

• Sites : – igmaths.free.fr– eduscol.education.fr


12

Les nouveaux Les nouveaux programmes de Sciences programmes de Sciences Physiques et Chimiques Physiques et Chimiques

des baccalaurdes baccalaurééats ats professionnelsprofessionnels

ConConççus de faus de faççon on àà rréépondre pondre ààtout moment tout moment àà la question de la question de ll’’utilitutilitéé de cet enseignementde cet enseignement

dans la vie quotidiennedans la vie quotidiennedans ldans l’’environnement environnement sensible et professionnel sensible et professionnel des des ééllèèvesves


13

Quatre thQuatre thèèmesmes

Transports (T)Transports (T)Confort dans la Maison et Confort dans la Maison et ll’’Entreprise (CME)Entreprise (CME)HygiHygièène et Santne et Santéé (HS)(HS)Son et LumiSon et Lumièère (SL)re (SL)

Chaque thChaque thèème est dme est dééclinclinééen modulesen modules

Introduits par une question Introduits par une question relative relative àà ll’’environnement environnement sensible des sensible des ééllèèvesvesFavorisant une dFavorisant une déémarche marche dd’’investigationinvestigationA chaque module est associA chaque module est associéée e une fiche qui prune fiche qui préécise les cise les connaissances, capacitconnaissances, capacitéés et s et attitudes visattitudes visééeses


14

Une seconde de dUne seconde de déétermination termination professionnelle suivie dprofessionnelle suivie d’’un cycle un cycle

terminal spterminal spéécifiquecifique

Un tronc commun pour les classes Un tronc commun pour les classes de seconde professionnellede seconde professionnelleUn tronc commun et des modules Un tronc commun et des modules spspéécifiques adaptcifiques adaptéés au champ s au champ professionnel de chaque professionnel de chaque baccalaurbaccalaurééat professionnel pour le at professionnel pour le cycle terminal (classes de premicycle terminal (classes de premièère re et de terminale)et de terminale)

Contenus des programmesContenus des programmes

Le programme de seconde de Le programme de seconde de ddéétermination professionnelletermination professionnelle

Les programmes du cycle Les programmes du cycle terminal : un tronc commun et terminal : un tronc commun et des unitdes unitéés sps spéécifiquescifiques


15

La dLa déémarche pmarche péédagogiquedagogique

Les Les ééllèèves acteurs de leur ves acteurs de leur formationformationLa dLa déémarche dmarche d’’investigationinvestigationLa mLa mééthode expthode expéérimentale au rimentale au centrecentreLL’’expexpéérimentation assistrimentation assistéée e par ordinateurpar ordinateur et les TIC dans et les TIC dans les apprentissagesles apprentissages

Les grilles horairesLes grilles horaires

Grille horaire nGrille horaire n°°1 pour les 1 pour les spspéécialitcialitéés comportant un s comportant un enseignement de sciences enseignement de sciences physiques et chimiquesphysiques et chimiques

Grille horaire complGrille horaire compléémentairementaire


16

Les ressourcesLes ressourcesDes ressources pour lDes ressources pour l’’enseignement enseignement des SPC sur un site national et/ou des SPC sur un site national et/ou des sites acaddes sites acadéémiquesmiquesDes sites ressources Des sites ressources éévolutifs, volutifs, interactifs et dynamiquesinteractifs et dynamiquesToutes les productions intToutes les productions intééressantes ressantes et utiles du groupe det utiles du groupe d’’experts et des experts et des groupes de travail acadgroupes de travail acadéémiques, une miques, une fois validfois validéées, y seront accessibleses, y seront accessibles

Une refonte complUne refonte complèète de te de ll’’enseignement des sciences enseignement des sciences physiques et chimiques en LPphysiques et chimiques en LP

Ne pas rater ce tournantNe pas rater ce tournantBeaucoup de travail, Beaucoup de travail, dd’’imagination et dimagination et d’’innovation innovation pour les formateurs et les PLPpour les formateurs et les PLPLL’’intintéérêt et la formation des rêt et la formation des ééllèèvesves

Bon courage !Bon courage !


17

LL’’articulationarticulationstatistiquestatistique--probabilitprobabilitééss

dans les programmes de mathématiques de la voie

professionnelle

Interacadémiques lycées professionnels

LYON - 27 mars [email protected]

CONCLUSIONCONCLUSION

Le parti pris des programmes de la voie professionnelle est celui d’une introduction progressive du formalisme du calcul des probabilités, fondée sur l’expérimentation statistique.


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« De façon apparemment paradoxale, l'accumulation d'événements au hasard aboutit àune répartition parfaitement prévisible des résultats possibles. Le hasard n'est capricieux qu'au coup par coup. »

M. SERRES et N. FAROUKI,« Le Trésor » - article loi des grands nombres.

Seconde professionnelleSeconde professionnelle

Expérimenter la « loi des grands nombres », du point de vue des fluctuations (à taille d’échantillon fixée) et des probabilités (lorsque la taille de l’échantillon augmente).


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Fluctuations d’une fréquence

L’étude des fluctuations d’une fréquence développe l’esprit critique du citoyen et du professionnel face à des résultats statistiques.

Échantillon de taille n = 10Fréquence des rouges f = 0,7

Fréquence des rouges dans la population

p = 0,6

Expérimenter, d’abord à l’aide de pièces, de dés ou d’urnes, puis à

l’aide d’une simulationinformatique, la prise

d’échantillons aléatoires de taille n fixée, extraits d’une population où la fréquence p d’un caractère

est connue.


20

ProblProblèèmemeSuite aux élections de 2008, parmi les 20 mairies d’arrondissement à Paris, 5 maires sont des femmes et 15 des hommes. Peut-on considérer que cette répartition est uniquement due au hasard ?Avec une pièce de monnaieOn peut observer si le hasard est une explication « raisonnable » en lançant 20 fois une pièce de monnaie.Avec le tableurOn augmente le nombre d’expériences.

20 pile face.xls

Faire preuve d’esprit critiqueface à une situation aléatoire

simple.(Fluctuations)


21

ExerciceExercice (PISA)Pour déterminer la cote de popularité d’un candidat en vue d’une élection, trois journaux ont mené leur propre sondage dont voici les résultats :* journal 1 : 37,5 % (sondage effectué sur un échantillon de 500 citoyens ayant le droit de vote, tirés au hasard) ;* journal 2 : 41,5 % (sondage effectué sur un échantillon de 1 000 citoyens ayant le droit de vote, tirés au hasard) ;* journal 3 : 45 % (sondage effectué sur 1 000 lecteurs qui ont appelé la rédaction pour voter).À quel journal peut-on le plus se fier pour prévoir le taux d’opinions favorables à ce candidat, si l’élection avait lieu le jour du sondage ?

ProblProblèèmeme (d’après G. Charpak et H. Broch, « Devenez sorcier, devenez savant »).Un « sourcier » prétend posséder des pouvoirs lui permettant de détecter la présence d’eau à l’aide d’une baguette en bois. On met en place un dispositif permettant de tester les prétendus pouvoirs du sourcier.Cinq canalisations sont masquées dont une seule contient (aléatoirement) de l’eau. Le soucier doit désigner la canalisation contenant de l’eau.1. Si le sourcier répond « au hasard », quelle probabilité p a-t-il de répondre correctement ?


22

2. Comme le sourcier ne prétend pas être infaillible, on fera 30 fois l’expérience. Si le sourcier répond au hasard, nous serons en présence d’un échantillon aléatoire de réponses, de taille 30, extrait d’une population où la fréquence de bonnes réponses est 0,2.Effectuer des simulations, puis répondre aux questions suivantes.a. Est-il rare, en répondant au hasard, d’obtenir au moins 25 % de bonnes réponses ?b. Peut-on, en répondant au hasard, obtenir 40 % de bonnes réponses ? Si oui, est-ce rare ?3. Le sourcier, sur les 30 expériences pratiquées, a obtenu 9 bonnes réponses. Doit-on penser qu’il possède un don ? Justifier.

Essais soucier.xls

Probabilités

La compréhension de la notion mathématique de probabilité favorise une attitude rationnelle dans un environnement incertain (évaluation des risques, prise de décision).

On augmente la taille n de l’échantillon (prélevé avec remise)

Fréquence des rouges dans la population

p inconnue

p?

…


23

Obtenir la probabilité d’un événement dans le cas d’une situation aléatoire simple.

ExerciceExerciceAnnie aime les bonbons rouges.Le sachet A contient 14 bonbons rouges et 6bonbons jaunes.Le sachet B contient 6 bonbons rouges et 2bonbons jaunes.Les sachets sont opaques et Annie ne peut prendre qu’un bonbon au hasard.Dans quel sachet la probabilité de prendre un bonbon rouge est la plus grande ?


24

Évaluer la probabilité d’un événement à partir des fréquences (stabilisation

relative des fréquences vers la probabilité de l’événement

quand n augmente).

ProblProblèèmemeUn professeur construit un Q.C.M. de 20 questions indépendantes, proposant 3 réponses possibles à chaque question, une seule réponse étant exacte.Quelle est la probabilité d’obtenir au moins 10 bonnes réponses, en répondant au hasard ?

QCM 20 questions.xls


25

Faire preuve d’esprit critiqueface à une situation aléatoire

simple.(Probabilités)

ExerciceExercice (PISA)Au loto, des boules numérotées sont tirées au hasard chaque semaine.Un journal publie les numéros gagnants de la semaine précédente, ainsi qu’une liste des numéros qui ne sont pas sortis depuis longtemps.Indiquer si les affirmations suivantes sont vraies ou fausses.A – Les informations publiées ne sont d’aucune utilité car toutes les combinaisons ont la même probabilité de sortie.B – Les numéros de la semaine précédente ont davantage de chances de sortir car ils sont « chauds ».C – Les numéros de la semaine précédente ont moins de chances de sortir car il est peu probable qu’un numéro sorte deux fois de suite.D – Les numéros qui ne sont plus sortis depuis longtemps ont davantage de chances de sortir.


26

ProblProblèèmeme (D’après É. Janvresse et T. de la Rue, « La loi des séries, hasard ou fatalité ? »)

En août 2005, on a dénombré cinq accidents aériens graves en l’espace de 22 jours (les 2, 6, 14, 16 et 23 août). On parle alors d’une « inquiétante série noire ». Un modèle aléatoire simple permet de relativiser le caractère prétendument exceptionnel de cette « série ».

1. On possède la statistique suivante : de 1995 à 2004, on compte 376 accidents aériens d’importance. Montrer que cela correspond à une moyenne d’environ 0,1 accident par jour.

2. On considère une roulette dont le secteur rouge correspond à 10 % de la surface. Chacun des 365 jours d’une année, on fait tourner la roulette et on s’intéresse àla probabilité que celle-ci s’arrête au moins 5 fois sur le secteur rouge durant une période quelconque de 22 jours.

Effectuer plusieurs simulations.D’après vos observations, cette probabilité :

est inférieure à 0,01 ; est inférieure à 0,10 ;est comprise entre 0,10 et 0,80 ; est supérieure à 0,80.

3. Doit-on considérer la série des 5 accidents de 2005 comme « extraordinaire » ?

Serie noire.xls


27

PremiPremièère professionnellere professionnelle

Quantifier la « loi des grands nombres » en mesurant les fluctuations en termes de probabilités.

Calculer le pourcentage des échantillons de taille n simulés,

pour lesquels la fréquence relative au caractère étudié appartient à

l’intervalle donné[ p – 1/rac(n) ; p + 1/rac(n) ]

et comparer à une probabilité de 0,95.


28

ProblProblèèmemeDans une usine automobile, on contrôle les défauts de peinture de type « grains ponctuels sur le capot ». Lorsque le processus est sous contrôle, on a 20% de ce type de défauts.Lors du contrôle aléatoire de 50 véhicules,on observe 25% de défauts. Faut-il s’inquiéter ?

carte de controle.xls

Exercer un regard critique sur des données statistiques en s’appuyant

sur la « variabilité naturelle » :la probabilité que la fréquence f

d’un échantillon de taille n se situe dans l’intervalle

[p – 1/rac(n) ; p + 1/rac(n)] est supérieure à 0,95.


29

ProblProblèèmemeUne enquête a été menée dans la ville d’Ufa (Russie) auprès de personnes ayant été exposées à des pesticides contenant de la dioxine, dans une usine agrochimique, active de 1961 à 1988.1. À Ufa, comme ailleurs, il naît habituellement 105 garçons pour 100 filles, « en moyenne ». Quelle est la fréquence pdes garçons qui correspond à ces valeurs ?2. Les personnes exposées ont donné naissance à 227enfants.Simuler le prélèvement aléatoire d’échantillons de taille 227 dans une population d’enfants où la fréquence des garçons est 0,512.Observer la fréquence f des garçons sur les échantillons de taille 227. Pesticides Ufa.xls

3. a. Parmi les 227 enfants des personnes exposées aux pesticides à Ufa, 91 sont des garçons et 136 sont des filles. Quelle est, dans ce cas, la fréquence des garçons ?b. La fréquence obtenue à la question précédente est-elle inquiétante ? Justifier.

Pesticides Ufa.xls


30

Terminale professionnelleTerminale professionnelle

Pratiquer, en situation, le formalisme du calcul des probabilités.

* Passer du langage probabiliste au langage courant et réciproquement.* Utiliser arbres, tableaux, diagrammes, pour organiser et dénombrer.* Utiliser les notationset les formules : ;

.

BABAA ∩∪ ;;)(1)( APAP −=

)()()()( BAPBPAPBAP ∩−+=∪


31

ProblProblèèmemeOn considère un certain type de composant électronique dont la probabilité de défaillance durant la période de garantie est 0,125.On recherche la probabilité de défaillance, durant la période de garantie, d’un système composé de deux composants de ce type, montés, soit en série, soit en parallèle.

Une situation aléatoire connue :On lance deux dés octaédriques équilibrés, un rouge et un bleu.On note A l’événement « le dé rouge tombe sur la face 8 ».On note B l’événement « le dé bleu tombe sur la face 8 ».Déterminer puis .Estimation par simulation :

Calcul :Univers formé de 64 cas équiprobables.

= 1/64 = 0,015625 soit environ 1,6 %.

= 1/8 + 1/8 – 1/64 = 15/64 = 0,234375 soit environ 23,4 %.Retour au problème initial des montages en série ou en parallèle.

)( BAP ∩ )( BAP ∪

)( BAP ∩)()()()( BAPBPAPBAP ∩−+=∪

)( BAP ∪

12345678

12345678

12345678

.

.

.

Serie-parallele.xls


32

Un programme est toujours un compromis

Un programme est toujours un compromis

• Le public (âge, passé scolaire)• Les moyens

– L’horaire attribué.– L’équipement des locaux

• Les domaines qui passionnent les « experts »


33

Le fil directeur !!!

Le fil directeur !!!

• Des démarches constructivistes:– investigations– TP découvertes– pédagogies de projets– liens avec le domaine professionnel, …

• Faire en sorte que le problème étudiédevienne le problème de tous les élèves


34

Un programme généraliste en seconde

• Un programme généraliste, particulièrement en classe de seconde.

• Qui suit de près celui du collège (idem LGT)• Que l'on pourrait même dispenser aux élèves

du tertiaire, à condition de construire des salles de TP…• Destiné au futur consommateur éclairé.

Un programme faiblement spécialisépour le cycle terminal

• Destiné à l'honnête technicien.• Qui fait une grande place aux fondamentaux :

les lois de conservation et plus particulièrement la loi de conservation de l'énergie.

• Qui permet de s'appuyer sur les champs professionnels


35

Perspective historique

• Les évolutions de la physique du technicien :– Jusqu'au année 1960 : la mécanique est reine– Vers 1970 l'électrotechnique fait une entrée en

force– vers 1990 c'est l'électronique qui domine

• Des programmes pointus et parcellaires• Les automaticiens diraient que nos contenus

ont du retard et des dépassements

Perspective historique

• Une physique qui simplifie à outrance pour rester calculatoire : – en physique toutes les courbes sont des droitesU = R . I ; F = k. x ; B = µ . H (cycle d'hystérésis)– On néglige les frottements,– On considérera une transformation infiniment

lente


36

Doit-on ouvrir les boites de Pandore ?

• La jonction PN en BEP !!!

Doit-on (peut-on) "coller" aux métiers ?

• Autant de programmes que de métiers ou un système de modules à la carte qui n'est pas simple à gérer.

• Des programmes qui deviennent rapidement obsolètes, car le monde professionnel ne nous attend pas !


37

Doit-on (peut-on) être absolument rigoureux ?

• Le cas de la chaleur : "un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d'énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d'agitation thermiqueentre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l'échelle microscopique."

Wikipédia.

Le fil directeur - suite


38

Les orientations du programme de mécanique

• Une approche énergétique : • Avant : "Pour accélérer un objet, il faut lui

appliquer une force", • Après : "Pour accélérer un objet, il faut

augmenter son énergie cinétique, il faut donc lui fournir de l'énergie".


39


• Pour parler mathématicien, nous avons une vision "intégrée" sur un trajet (W = ∫ F.dl) ou sur une durée (W = ∫ P.dt) de la mécanique, vision certes plus réductrice mais qui nous semble plus utile et surtout plus accessible.


40


• Nous avons gardé la condition de la statique ( ∑ F = 0 )

Mais pas pour faire des mathématiques !

Pas cela


41

ni cela :

La physique nous aide àcomprendre et à améliorer notre

quotidien :


42

La physique nous aide àcomprendre et à améliorer notre

quotidien :

Les orientations du programme d'électricité

• La distribution de l'électricité (la production est déjà vue en collège)

• La consommation d'énergie électrique• La transformation de l'énergie en d'autres

formes d'énergie• La sécurité des installations


43


• Mais où est passé la loi d'ohm ???

Ou "comment occuper longuement les élèves ?"

R1

R2 R3

iT

R4

R5


44


• Les "lois de l'électricité" peuvent et doivent être utilisées dans le cadre des activités prescrites par le programmecar elles font partie intégrante du programme du collège.


• Le citoyen est principalement confronté àdes types de sources d'énergie électrique qui se comportent comme des sources de tension, c'est à dire qui impose la tension àleurs bornes.


45


• Les récepteurs sont donc placés en parallèle avec la source.


• Les récepteurs sont donc conçus pour fonctionner sous une tension déterminée qui est forcément connue par l'utilisateur !

• Les normes de sécurité sont telles qu'on ne "bricole" plus les récepteurs et encore moins les alimentations.


46

L'installation type

D1

Tension d'alimentation

L'2

L3 variateur

~ ~

L2 K1

K2

L'installation type

• Remarque : Les variateurs ne sont pas des résistances en série ! Ce sont des "convertisseurs à découpage"

Tension aux bornes de la lampe

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360


47


• La tension aux bornes des dipôles étant toujours connue, il est préférable d'utiliser la formule :

– Elle est directement utilisable – Elle permet de faire percevoir que plus la

résistance est faible, plus la puissance consommée est grande (un court-circuit appelle une puissance infinie)


• Un bilan de puissance peut même faire approcher la notion de résistance équivalente2 résistances consomment et

La puissance totale est

Par identification on vérifie que


48


• Plus une résistance est faible plus elle consomme !


• Les machines électriques sont vues comme des convertisseurs d'énergie avec des grandeurs d'entrées et de sorties.

• On vérifie que certaines grandeurs en commandent d'autres


49

Exemple : la MCC (module T8)

on ne traite pas cela!

Exemple : la MCCles grandeurs à l'entrée

• Grandeur d'effort : U

• Grandeur de flux : I

• Produit = Puissance absorbée

• Grandeur d'effort : E

• Grandeur de flux : I

• Produit =Puissanceélectromagnétique

Pertes électriquesE = U - RI


50

Exemple : la MCCla conversion électromécanique

Electrique• Grandeur

d'effort : E• Grandeur de

flux : I• Produit =Puissanceélectromagnétique

Mécanique• Grandeur

d'effort : T• Grandeur de

flux : Ω• Produit =Puissancemécanique

Sens de commande

Exemple : la MCCles grandeurs à la sorties

• Grandeur d'effort : T

• Grandeur de flux : Ω

• Produit =Puissancemécanique

• Grandeur d'effort : Tu

• Grandeur de flux : Ω

• Produit =Puissancemécanique utile

Pertes mécaniquesTu = T - Tp


51

Exemple : la MCC

• Les pertes dépendent surtout de la grandeur de flux mais elles affectent la grandeur d'effort.

• Remarque : R.I est une simplification outrancière :– UB (liaison balai - collecteur)– K.I2 (variation de R avec la température)– Etc …

Les évolutions de l'électricité


52


• Alimentation : 230 V – 50 Hz• Tensions de sortie

commutable : 3 / 4,5 / 6 / 7,5 / 9 / 12 VDC.

• Puissance de sortie 5 W max. • Poids : 235 g


• Alimentation :100 à230VAC - 50 à 63Hz

• Tensions de sorties : 3V 4.5V 6V 7.5V 9V et 12V,

• Puissance :10 W• Dimensions

102X29x74mm poids 86 g


53


• Exemple : on souhaite alimenter une petite LED verte de faible consommation (un voyant) qui nécessite un courant de 2 mA au sein d'un système alimenté sous 5V (informatique).


• La solution du prof de physique : plus de 50 % de pertes

L.E.D.

2,4 V i

1,5 k Ω

2,6 V


54


• Une solution actuelle : les convertisseurs à pompes de charges :

D

VE C

Etat 1

A

B

VS

Etat 2

A C

B D

VE 2

VE 2

VE2

C

C

C C

Les évolutions de l'électricitéles convertisseurs à pompes de charges :

VS

VE

C C CS

Séquence A

VE

C C

Séquence B

VS

C C

r

r

r

r

r r

r r

VS

CS

CS


55


les convertisseurs à pompes de charges :

Specifications table of TCA62735FL Process : CMOS-HV 0.6 µFunction : White LED Driving Charge Pump

Type DC/DC converter Power Supply Voltage: 2.8V-5.5V Output Rating : 30mA per channel, total of

120mA Package Dimensions : 4.0mm deep ×

4.0mm wide × 0.85mm high (Typ.)


• Un convertisseur de puissance de rendement unitaire ne peut être constituéque d’interrupteurs idéaux et de dipôles purement réactifs : L et C


56


• Les dipôles réactifs sont des éléments de stockage d’énergie dont la taille (et donc le coût) est inversement proportionnelle àla fréquence de fonctionnement.

( )t

uCpd

d 21 2

=

Les évolutions de l'électricité• L'épreuve de casse... La physique

nous explique comment ça marche ! : (tkdonline.free.fr)


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• Des études ont permis de déterminer que la vitesse d'un coup de poing pouvait facilement dépasser les 40 km/h (soit 11,1m/s). La masse moyenne du poing d'un adulte est d'environ 0,7kg, on en déduit l'énergie mise en jeu dans l'action : E=1/2 mv² où "E" est l'énergie cinétique, "m" la masse du poing et "v" la vitesse du poing, soit environ E=43 J


• Une autre solution pour la LED : un hacheur survolteur permettant d'alimenter un LED blanche (3,5 V) avec un accu de tension 1,2 V


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• C'est peu encombrant !!!


• On trouve même des versions sans soudure


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• La fin des amplificateurs classiques ?

Une règle qui reste générale :

Quelle que soit la complexité des dispositifs, ils fournissent toujours un peu moins d'énergie à la sortie qu'ils en consomment à l'entrée !


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Un livre utile

Un livre utile

• L'ampoule à incandescence, le tube fluorescent, la montre à quartz, la télévision, le réfrigérateur, le détecteur de fumée, le four à micro-ondes, les plaques électriques, le disque compact, l'écran à cristaux liquides, le disque dur, le photocopieur, le GPS, l'échographie, le scanner et, enfin, le réacteur nucléaire


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L'énergie dans le monde

• http://www.mecatronique.bretagne.ens-cachan.fr/DocPedagogiques/M2R_Ener_2007.pdf

• http://www.clubeea.org/enseign/mediat_et.htm• Faire une recherche avec médiathèque et club

EEA sur un moteur type google


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La structure des nouveaux programmesLes nouveaux programmes de mathématiques de la voie professionnelleLes nouveaux programmes de sciences physiques et chimiques des baccalauréats professionnels L'articulation statistique-probabilités dans les programmes de mathématiques de la voie professionnelleLes sources d'énergie aujourd'hui

Documents

2 - Assouline - Jost - Structure des programmes · 2010. 2. 26. · INTER ACADÉMIQUES DGESCO Baccalauréat 3 ans Mathématiques Sciences Lyon 26 et 27 mars 2009 Paris 2 et 3 avril