Document réalisé grace à LA 18 17 15 - pedagogie.ac …pedagogie.ac-limoges.fr/maths_sciences/IMG/pdf/SECU.pdf · Table des matières I La sécurité en Sciences Physiques en Première

Stage du 21 mai 2014

sur la sécurité en sciences en lycée professionnel

Document réalisé grace à LATEX sous Ubuntu

18

SAPEURS

POMPIERS

Secours

17

GENDARMERIE

Sécurisation

15

SAMU

Santé

François BINET

19 mai 2014

Table des matières

I La sécurité en Sciences Physiques en Première et Terminale Professionnelle 3

1 T3 Comment protéger un véhicule contre la corrosion ? 41.1 Utilisation de l’eau de Javel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.2 Chromage, nickelage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3 Utilisation de l’acide nitrique fumant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.4 Identification des ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2 T4 Pourquoi éteindre ses phares quand le moteur est arrêté ? 72.1 Court circuit des batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2 Acide sulfurique concentré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3 Dangerosité comparée des courants alternatif et continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4 Charge et décharge d’un condensateur polarisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 T5 Comment se déplacer dans un fluide ? 93.1 Opération sous vide ou en dépression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4 T6 Qu’est-ce qu’une voiture puissante ? 11

5 T7 Comment avoir une bonne tenue de route ? 12

6 T8 Comment faire varier la vitesse d’un véhicule électrique ? 13

7 CME4 Comment chauffer ou se chauffer ? 147.1 Combustion d’un hydrocarbure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157.2 Calorimétrie et résistance chauffante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

8 CME5 Peut-on concilier confort et développement durable ? 168.1 Électrodes de pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178.2 Indicateurs colorés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178.3 Choix de la verrerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178.4 Solution tampon pH 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

9 CME6 Comment fonctionne certains dispositifs de chauffage ? 209.1 Stockage et manipulation des aimants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

10 CME7 Comment l’énergie électrique est-elle distribuée à l’entreprise ? 2210.1 Transformateur et masse flottante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

11 SL1 Comment dévier la lumière ? 2411.1 Liquides réfringents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

12 SL2 Comment un son se propage-t-il ? 2512.1 Opération sous vide ou en dépression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2512.2 Intensité sonore et fréquences sonores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

13 SL3 Comment transmettre un son à la vitesse de la lumière ? 2713.1 Dispositifs optiques d’emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

14 SL4 Comment voir ce qui est faiblement visible à l’œil nu ? 29

1

15 SL5 Pourquoi les objets sont-ils colorés ? 3015.1 Observation de lumières monochromatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

16 SL6 Comment reproduire un signal sonore ? 31

17 HS4 Comment peut-on adapter sa vision ? 32

18 HS5 Quels sont les principaux constituants du lait ? 3318.1 Symboles de danger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3418.2 Utilisation des produits chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

19 HS6 Quels sont le rôle et les effets d’un détergent ? 3519.1 Symboles spécifiques aux détergents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3719.2 Manipulation de bases fortes et dilutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

20 Travail de la journée 3820.1 Matinée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3820.2 Après-midi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

20.2.1 Tampon de pH 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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Première partie

La sécurité en Sciences Physiques en Premièreet Terminale Professionnelle

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1T3 Comment protéger un véhicule contre la corrosion ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMettre en évidenceexpérimentalement l’influence

de certains facteurs extérieurs sur lacorrosion du fer.Identifier dans une réaction donnée unoxydant et un réducteur.Classer expérimentalement descouples rédox.Prévoir si une réaction est possible àpartir d’une classification électrochi-mique.Écrire et équilibrer les demi-équations.Écrire le bilan de la réaction d’oxydo-réduction.

Savoir que certains facteurs tels quel’eau, le dioxygène et le sel favorisentla corrosion.Savoir qu’un métal s’oxyde.Savoir qu’une réaction d’oxydoréduc-tion est une réaction dans laquelle in-tervient un transfert d’électrons.Savoir qu’une oxydation est une perted’électrons.

Observation et interprétation de l’ex-périence d’un clou plongé dans del’eau de Javel.Action de l’eau de Javel sur un clouentouré de cuivre, de zinc, d’alumi-nium.Protection cathodique d’un métal.Protection à l’aide d’un inhibiteur, paranode sacrificielle, par dépôt électro-lytique d’un métal (chromage, nicke-lage,...), par peinture, voile plastique.Passivation d’un métal par l’acide ni-trique fumant

1.1 Utilisation de l’eau de Javel

• Les extraits et eaux de Javel sont généralement obtenus en faisant réagir le dichlore Cl2 avec une solution aqueuse d’hydroxydede sodium NaOH.

• L’équation de la réaction s’écrit : Cl2 + 2 (Na+ + HO–) −−→ (Na+ + ClO–) + (Na+ + Cl–) + H2O• L’eau de Javel contient donc, de par sa fabrication, de l’hypochlorite de sodium (NaOCl), qui donne le chlore actif (en tant

qu’oxydant, degré d’oxydation du chlore +1).• Elle contient aussi du chlorure de sodium NaCl (sel de cuisine, chlore inactif, degré d’oxydation -1).• Un excès de soude (NaOH) est utilisé afin de maintenir un pH basique dans les solutions d’hypochlorite de sodium et de

limiter la vitesse de décomposition.• Présence d’acide hypochloreux libre (HOCl) dans l’eau de Javel sous forme de gaz dissous peu ionisé.• Le degré chlorométrique (°chl), qui correspond au volume de dichlore gazeux susceptible d’être dégagé par un litre de solution

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sous l’action d’un acide (à la température de 0 C et à pression atmosphérique). Il est égal au nombre de litres de Cl2 ayantservi à fabriquer un litre de solution. Cependant, depuis 2001, la concentration de l’eau de Javel est également indiquée enFrance en pourcentage massique de « chlore actif ».

• L’action désinfectante de l’eau de Javel est principalement due à l’action de l’acide hypochloreux HOCl et, dans certainessituations, à celle du dichlore Cl2.

• L’eau de Javel se décompose lentement à température ambiante. La chaleur, la lumière et la présence d’ions métalliquesaccélèrent cette dégradation, qui peut se faire selon deux voies :

1. Par oxydation en chlorates : 3(Na+ + ClO–) −−→ (Na+ + ClO3–) + 2(Na+ + Cl–)

2. Par formation de dioxygène : 2(Na+ + ClO–) −−→ O2 + 2(Na+ + Cl–)

• Plus les concentrations sont élevées, plus les vitesses de décomposition sont importantes : les concentrés d’eau de Javel sontdonc moins stables et se conservent moins longtemps que les solutions diluées.

• Par ailleurs, la dissolution du dioxyde de carbone (CO2) de l’air acidifie le milieu et favorise la formation d’acide hypochloreuxqui lui-même se décompose en dichlore suivant la réaction : HOCl + H+ + Cl– −−→ Cl2 + H2O

• Le maintien d’un excès de soude (NaOH) permet donc de stabiliser les solutions de Javel en neutralisant l’influence du CO2atmosphérique.

• NaOCl réagit avec l’ammoniac NH3 et avec d’autres composés azotés pour former des chloramines (NH2Cl, NHCl2, NCl3) :ces composés sont très irritants pour les yeux et les voies respiratoires.

• L’urée contenue dans l’urine est un produit azoté qui peut réagir avec NaOCl pour former des chloramines.• NaOCl forme du dichlore Cl2 avec les acides (HCl, H2SO4 ...). Le dichlore est un gaz jaune verdâtre, toxique et irritant pour

les yeux, la peau et les voies respiratoires. En atmosphère confinée, l’inhalation d’une importante quantité de ce gaz peut êtrefatale.

• Le mélange eau de Javel-acide (produits détartrants,vinaigre...) provoque donc un dégagement gazeux de dichlore (Cl2)toxique. Ne versez donc pas de l’eau de javel dans les WC alors que vous venez de mettre du détartrant ;

• En présence d’humidité ou d’une faible quantité d’eau, les pastilles de Javel se décomposent en formant du dichlore toxiqueet du trichlorure d’azote NCl3 qui peut exploser spontanément.

• N’ajoutez jamais une pastille de Javel (NaDCC) à une solution de Javel (NaOCl) : une réaction exothermique peut avoir lieuet vous n’obtiendrez pas une eau de Javel plus efficace ;

1.2 Chromage, nickelage

• Les dérivés du chrome VI font partie des C.M.R. (agents Cancérogènes, Mutagènes ou toxiques pour la Reproduction)L’article R231-56-1 du code du travail restreint l’utilisation de ces C.M.R. à des conditions qui ne nous concernent pas. L’on

peut donc les considérer comme interdits.Article R231-56-1 (Décret nº 92-1261 du 3 décembre 1992 art. 7 Journal Officiel du 5 décembre 1992 en vigueur le 1er janvier 1993)(Décret nº 2001-97 du 1 février 2001 art. 1 art. 3 Journal Officiel du 3 février 2001)(Décret nº 2003-1254 du 23 décembre 2003 art. 2 I Journal Officiel du 28 décembre 2003)I. - L’employeur est tenu, pour toute activité susceptible de présenter un risque d’exposition à des agents cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction d’évaluer

la nature, le degré et la durée de l’exposition des travailleurs afin de pouvoir apprécier tout risque concernant leur sécurité ou leur santé et de définir les mesures de prévention àprendre. Un arrêté des ministres chargés du travail et de l’agriculture pourra préciser les conditions de cette évaluation.

Cette appréciation doit être renouvelée régulièrement, notamment pour prendre en compte l’évolution des connaissances sur les produits utilisés et lors de tout changementdes conditions pouvant affecter l’exposition des travailleurs aux agents cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction.

Une activité nouvelle impliquant des agents cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction ne peut être entreprise qu’après réalisation de l’évaluation des risqueset mise en oeuvre des mesures de prévention appropriées.

L’employeur doit tenir à la disposition des membres du comité d’hygiène, de sécurité et des conditions de travail ou, à défaut, des délégués du personnel, ainsi que dumédecin du travail, de l’inspecteur du travail et des agents des services de prévention des organismes de sécurité sociale les éléments ayant servi à cette appréciation.

Les résultats de l’évaluation des risques sont consignés dans le document unique prévu à l’article R. 230-1.II. - Lors de l’appréciation du risque, toutes les expositions susceptibles de mettre en danger la santé ou la sécurité des salariés doivent être prises en compte, y compris

l’absorption percutanée ou transcutanée.

1.3 Utilisation de l’acide nitrique fumant

L’acide nitrique fumant fait partie des produits interdits aux mineurs. Les articles R234-20 et R234-21 du code du travail sontceux s’appliquant à nos élèves.

Article R234-20 : Il est interdit d’occuper les jeunes travailleurs de moins de dix-huit ans aux travaux énumérés ci-après et de les admettre de manière habituelle dans leslocaux affectés à ces travaux :

• Abattage des animaux dans les abattoirs publics et abattoirs privés (tueries particulières d’animaux de boucherie et de charcuterie). Sont exclus de l’interdiction lesapprentis dans leur dernière année de contrat ;

• Acide cyanhydrique : fabrication et emploi industriel ;• Acide fluorhydrique : fabrication et utilisation directe au dépolissage du verre ;

• Acide nitrique fumant : fabrication et manutention ;

• Air comprimé : travaux dans l’air comprimé ;• Amiante : cadrage, filature et tissage ;• Arsenic et ses composés oxygénés et sulfurés : fabrication, manipulation et emploi ;• Chlore : production et emplois dans la fabrication des hypochlorites ainsi que dans le blanchiment de la pâte à papier et de la cellulose ;• Esters thiophosphoriques : fabrication et conditionnement ;• Explosifs : fabrication et manipulation des engins, artifices ou objets divers en contenant ;• Ménageries d’animaux féroces ou venimeux : travaux dans les ménageries ;• Mercure : tous travaux exposant habituellement aux vapeurs de mercure, notamment la fabrication des thermomètres, des appareils de physique et du matériel électrique ;• Mercure : fabrication et manipulation des composés toxiques du mercure ; emploi de ces composés aux travaux de secrétage dans l’industrie de la couperie de poils ;• Métaux en fusion : travaux de coulée. Sont exclus de l’interdiction, les jeunes travailleurs âgés de dix-sept ans révolus ;• Méthyle : fabrication du bromure de méthyle, opérations de désinsectisation ou désinfection et de remplissage des extincteurs d’incendie à l’aide du bromure de méthyle ;• Minerais sulfureux : grillage de ces minerais ;

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• Nitrocellulose : fabrication et utilisation à la préparation des produits nitrés qui en découlent, notamment celluloïde et collodion ;• Plomb : travaux suivants exposant à l’action du plomb et de ses composés :• Récupération du vieux plomb ;• Métallurgie, affinage, fonte du plomb, de ses alliages et des métaux plombifères ;• Fabrication et réparation des accumulateurs au plomb ;• Trempe au plomb et tréfilage des aciers traités ou enrobés au moyen du plomb ou de ses composés ;• Métallisation au plomb par pulvérisation ;• Fabrication et manipulation des oxydes et sels de plomb ;• Grattage, brûlage, découpage au chalumeau de matières recouvertes de peintures plombifères ;• Fabrication et application des émaux contenant des composés du plomb ;• Fabrication et manipulation du plomb tétraéthyle ;• Radioactivité : travaux exposant à la radioactivité ;• Traitement, préparation et emploi des produits radioactifs ;• Travaux exposant à l’action des rayons X ;• Travaux exposant à l’action des radiations ionisantes. Silice libre :• Travaux exposant à l’action de la silice libre ;• Taille à la main, broyage, tamisage, sciage et polissage à sec de roches ou matières contenant de la silice libre ;• Démolition des fours industriels comportant des matériaux réfractaires contenant de la silice libre.• Nettoyage, décapage et polissage au jet de sable sauf lorsque ces travaux s’effectuent en enceinte étanche dont l’atmosphère chargée de silice libre est parfaitement

isolée de l’air ambiant inhalé par l’opérateur.• Travaux de ravalement des façades au jet de sable.• Nettoyage, ébarbage, roulage, décochage de pièces de fonderie.• Tétrachloréthane : fabrication et emploi.• Tétrachlorure de carbone : fabrication et emploi.

Article R234-21 Il est interdit d’occuper les jeunes travailleurs de moins de dix-huit ans aux travaux énumérés ci-après : (Toutefois, le séjour dans les locaux affectés à cestravaux ne leur est pas interdit).

•• Acétylène : surveillance des générateurs fixes d’acétylène.

• Acide sulfurique fumant ou oléum : fabrication et manutention.

• Air comprimé : travaux à l’aide d’engins du type marteau piqueur mus à l’air comprimé.• Anhydride chromique : fabrication et manutention.• Cyanures : manipulation.• Fours industriels à mazout : surveillance des brûleurs. Sont exclus de l’interdiction les jeunes travailleurs âgés de dix-sept ans révolus.• Hydrocarbures aromatiques ; travaux exposant à l’action des dérivés suivants :• Dérivés nitrés et chloronitrés des hydrocarbures benzéniques ; dinitrophénol.• Aniline et homologues, benzidine et homologues, naphtylamines et homologues.• (Toutefois, l’interdiction relative aux dérivés des hydrocarbures aromatiques ne s’applique pas aux cas où les opérations sont faites en appareils clos en marche normale).• Lithine : fabrication et manipulation.• Lithium métal : fabrication et manipulation.• Potassium métal : fabrication et manutention.• Scellement à l’aide de pistolet à explosion.

• Sodium métal : fabrication et manutention.

• Soude caustique : fabrication et manipulation.

1.4 Identification des ions

Ion àtester

Solution utilisée Réactif utilisé Résultats

Cu2+ Solution de sulfate de cuivre, le chlo-rure de cuivre est toxique

HO– : On utilise de la soude nonconcentrée 0.1M ou 1M

Précipité bleu d’hydroxyde de cuivreCu(OH)2

Fe2+

Solution de sulfate de fer II frai-chement préparée car s’altère rapi-dement ou solution de sel de MohrFe(SO4)2(NH4)2,6 H2O


Précipité vert d’hydroxyde de fer IIFe(OH)2 pKs = 15, 5. Il s’oxyde àl’air devient noir et marron rouille

Fe3+ Solution de sulfate de fer III, la solu-tion de chlorure de fer III est nocive.


Précipité brun rouille d’hydroxyde defer III Fe(OH)3 pKs = 39, 0

Zn2+ Solution de sulfate de zincHO– : On utilise de la soude nonconcentrée 0.1M

Précipité blanc d’hydroxyde de zincZn(OH)2. Attention un exces de souderedissous le précipité. pKs = 16, 4

Al3+ Solution de sulfate d’aluminium HO– : On utilise de la soude nonconcentrée 0.1M

Précipité blanc d’hydroxyde d’Alumi-nium Al(OH)2 qui se redissous dansun excès et qui noircit à la lumière.

Cl– Solution de chlorure de sodium

Ag+ : Solution de nitrate d’argent.Cette solution est chère et doit doncêtre diluée si nécessaire à l’eau distil-lée

Précipité blanc qui noircit à la lumièreAgCl pKs = 10, 0

SO42– Solution de sulfate de sodium Ba2+ : Solution de chlorure de baryum

puis acide chlorhydrique 1M

Précipité blanc de sulfate de baryumBaSO4 qui se redissout par ajoutd’acide chlorhydrique. pKs = 10, 0

PO43– Solution de phosphate

Ag+ :Solution de nitrate d’argent.Cette solution est chère et doit doncêtre diluée si nécessaire à l’eau distil-lée

Précipité jaune de phosphate d’argentAg3PO4

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2T4 Pourquoi éteindre ses phares quand le moteur est arrêté ?

1. Quelle est la différence entre une pile et un accumulateur ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésRéaliser une pile et mesurer la tensionaux bornes de cette pile.Distinguer pile et accumulateur.

Connaître le principe d’une pile.Connaître le principe d’un accumula-teur.

Fabrication d’une pile Daniell.Réalisation d’une pile au citron.Recherche historique sur Volta.

2. Comment recharger un accumulateur ?

Capacités Connaissances Exemples d’activités

Mettre en évidenceexpérimentalement le rôle d’une

diode dans un circuit.Réaliser le redressement d’un courant.

Savoir que :• un accumulateur se recharge à

l’aide d’un courant continu ;• le générateur qui charge l’accu-

mulateur délivre une tension supé-rieure à celle-ci ;

• un alternateur fournit un courantalternatif ;

• le redressement permet de passerd’un courant électrique alternatif àun courant électrique continu.

Étude d’oscillogrammes obtenus parun générateur à courant continu (pile,accumulateur) et à courant alternatif(alternateur de voiture).Vérification expérimentale de l’in-version du sens de courant lors de lacharge et de la décharge d’un accu-mulateur.Réalisation expérimentale du re-dressement d’un courant par un pontde diodes.Étude documentaire concernant lesdifférents types d’accumulateurs.Recherche documentaire sur les prin-cipes de production d’électricité dansun véhicule (cellule photovoltaïque,pile à combustible ...).Détermination de la durée de charged’un accumulateur à l’aide de ses ca-ractéristiques et de celles du chargeur.

G

b

b

b b

Tension d’entrée

temps

Tension de sortie

temps

2.1 Court circuit des batteries

Il existe différentes technologies d’accumulateur :• Accumulateur au plomb : (-)Pb | PbSO4 | H2SO4 | PbSO4 | PbO2 | Pb (+) , où l’acide sulfurique H2SO4 est l’électrolyte.• Nickel - Cadmium : (-)Cd | Cd(OH)2 | KOHaq | NiOOH | Ni(OH)2 | Ni (+)• Nickel - MH : MH désigne un hydrure métallique, le M pouvant désigner plusieurs métaux.

par exemple on aura le couple Ti2Ni / Ti2NiH2 désignant un hydrure métallique de titane et de nickel.(-)MH | M | KOHaq | NiOOH | Ni(OH)2 | Ni (+)

• Lithium - ion et accumulateurs dérivés à base de lithium. Par exemple :(-)CxLiy | Li+ | LiPF6 | Li+ | LiMO2 (+)où M désigne du manganèse, du cobalt, du potassium, du fer ou une association de ces métaux.

L’électrolyte des accumulateurs peut donc être soit acide H2SO4 soit basique KOHaq soit contenir des dérivés d’un métalfortement réactif.

7

Les hydrures en réagissant avec l’eau produisent du dihydrohène H2 qui provoque des combustions dangereuses.La mise en court-circuit des batteries par les élèves peut être dangereuse pour plusieurs raisons :• Les projections d’acide sulfurique concentrée dans le cas des batteries au plomb ;• le caractère explosif et fortement inflammable des batteries Li-ion telles qu’on les trouve dans les appareils photos ; Ces

batteries ne supportent ni la surcharge ni les fortes températures.• les risques inhérents aux fortes intensités des court-circuits (environ 5 A pour une pile plate, plusieurs centaines d’ampère

pour une batterie au plomb)

2.2 Acide sulfurique concentré

Acide/Base % massique densité Concentration molaireHCl fumant 37 1,19 12,5HCl 36 1,18 12HCl 32 1,16 10HNO3 fumant 100 1,52 21HNO3 65 1,42 16HNO3 62,7 1,38 14H2SO4 fumant avec 65% de SO3 1,99H2SO4 concentré 95-97 1,84 18HClO4 60 1,62 10H3PO4 89 1,75 16H3PO4 85 1,71 15HF 50 1,15 29CH3COOH 99-100 1,06 18CH3COOH 96 1,06 17NH3 34,3 0,88 18NH3 20,9 0,92 11

2.3 Dangerosité comparée des courants alternatif et continu

• Le courant alternatif est plus dangereux que le courant continu car à 50 Hz la fréquence influence le rythme cardiaque etprovoque un incident cardiaque.

• Une tension supérieure à 24 V et inférieure à 230 V peut parfois être plus dangereuse qu’à 230 V par l’absence de choc répulsifau toucher.

2.4 Charge et décharge d’un condensateur polarisé

• Risque d’explosion du condensateur.

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3T5 Comment se déplacer dans un fluide ?

1. Pourquoi un bateau flotte-t-il ?


Déterminer expérimentalement lavaleur de la force de poussée d’Archi-mède.

Connaître les conditions de flottabilitéd’un matériau.Connaître les conditions d’équilibred’un corps flottant.Connaître la différence entre centre degravité et centre de poussée.Connaître le principe de la pousséed’Archimède.

Recherche documentaire sur la lignede flottaison des bateaux.Etude du principe des ballasts dessous-marins.Détermination du volume d’un objetavec une balance.

2. Pourquoi les hublots des sous-marins sont-ils épais ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMesurer la pression d’un liquide en unpoint.Déterminer expérimentalement lesvariations de pression au sein d’unfluide.Distinguer pression atmosphé-rique,pression relative et pressionabsolue.Utiliser la formule : pB −pA = ρ ·g ·h

Connaître la notion de pression, desurface pressée et de force pressante.Connaître la relation entre pression,surface pressée et force pressante.Connaître l’unité du système interna-tional de mesure de la pression etquelques unités usuelles.

Recherche documentaire sur lesrisques liés à la pression de la plongéesous-marine.Utilisation d’un manomètre.Mise en évidence de l’écrasementd’une bouteille déformable sous l’effetde la pression.

3. Comment un avion vole-t-il ?Capacités Connaissances Exemples d’activitésMettre en évidenceexpérimentalement l’effet Ven-

turi.Connaître l’effet Venturi.

Expériences diverses mettant en évi-dence l’effet Venturi.

3.1 Opération sous vide ou en dépression

• Pour la verrerie, on utilisera des récipients à parois épaisses et à formes sphériques.• L’installation se fera dans un lieu où il ne risque pas de subir un choc mécanique.• Les récipients et appareils en verre mis sous dépression seront placés dans des sorbonnes (écran frontal baissé) ou derrière un

écran pare-éclats, on évitera de les déplacer.• La connaissance des valeurs limites est nécessaire. La conversion mmHg et mbar doit être connue. Le millimètre de mercure

est une ancienne unité appelée Torr en hommage à Torricelli.• 1 mmHg = 133,322Pa• 1 atm = 101 325 Pa• 1 bar = 100 000 Pa• 1 psi (Pound per Square Inch)= 6894 Pa

On ne travaillera donc jamais en dépression avec de la verrerie traditionnelle.

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10

4T6 Qu’est-ce qu’une voiture puissante ?

1. Qu’est-ce qu’un couple moteur ?


Calculer le moment d’un couple deforces.Mesurer un couple de serrage à l’aided’une clé dynamométrique.

Connaître la notion de couple, et demoment d’un couple de forces.

Utilisation d’un couple mètre ou étudedocumentaire sur les dispositifs demesure d’un couple.Étude d’un mobile autour d’un axe.Utilisation du pédalier et du dérailleurd’un vélo.Étude du rôle de la boîte de vitesses àpartir d’un document technique.Recherche documentaire sur les dis-positifs simples de modification d’uncouple (par poulies et courroies detransmission ou par engrenages).Mesure du rendement mécaniqued’une transmission.

2. Quelle est la puissance d’un moteur ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMesurer la pression d’un liquide en unpoint.A partir de la courbe couple-vitessed’un moteur, calculer la puissancequ’il fournit pour un point de fonc-tionnement donné à l’aide de la rela-tion :P = 2πnMCalculer la puissance mise en jeu lorsd’une variation de vitesse effectuéependant une durée déterminée à l’aidede la relation :

P =∆Ec

∆t

Connaître l’unité du système interna-tional de puissance.

Connaître la relation Ec =1

2mv2

Conversion dans d’autres systèmes(Horse Power (H.P.), chevaux (CV))Interprétation des caractéristiquestechniques d’un véhicule.Calcul du rendement mécanique d’unetransmission.

11

5T7 Comment avoir une bonne tenue de route ?

1. A quoi servent les amortisseurs ?


Mesurer expérimentalement la pé-riode d’une oscillation.Vérifier que la fréquence des oscilla-tions d’un système mécanique dépendtrès peu de l’amplitude.

Utiliser la relation : f =1

T

Connaître la relation entre la périodeet la fréquence.Connaître le terme de fréquencepropre d’un système oscillant.Connaître le phénomène d’amortisse-ment.

Utilisation de pendules ou d’en-sembles (masse + ressort) obser-vés directement ou par l’intermédiaired’une caméra numérique.Étude de l’effet du déséquilibraged’une roue sur la tenue de route (os-cillations).Utilisation de documentation sur lesamortisseurs d’automobiles, dimen-sionnés en fonction de la masse du vé-hicule et des ressorts de la suspension.

2. Pneus sous gonflés = danger ! Pourquoi ?


Mettre en évidence et utiliser la rela-tion :

P =F

S

Savoir que dans le cas de l’air contenu

dans un pneu, la relationP V

T= Cte

s’applique.

Utilisation de la relation P =F

Spour expliquer l’écrasement d’un pneusous-gonflé.

Utilisation de la relationP V

T= Cte

pour expliquer les différences de pres-sion entre les pneus chauds et lespneus froids.

12

6T8 Comment faire varier la vitesse d’un véhicule électrique ?

1. Comment régler la vitesse d’un moteur à courant continu ?


Vérifier expérimentalement que lecouple résistant impose le courant ap-pelé par un moteur à courant continu.Ecrire la relation U = E+R·I à partirdu modèle équivalent simplifié.Calculer la f.e.m. E en utilisant la re-lation U = E + R · IVérifier expérimentalement que la fré-quence de rotation est proportionnelleà la f.e.m. E .

Connaître le modèle équivalent simpli-fié de l’induit d’un moteur à courantcontinu.Remarque :Le modèle électrique équivalent est lesuivant :

E

I

U

R

avec E qui ne dépend que de la fré-quence de rotation.Savoir que les variateurs de vitessepour les moteurs à courant continusont des dispositifs permettant defaire varier la tension d’alimentation.

Etude de la notice de véhicules élec-triques.Mesure de l’intensité appelée par unmoteur à courant continu en faisantvarier sa charge mécanique.Mise en évidence de l’influence de latension sur la fréquence de rotation.

2. Comment remplacer un moteur à courant continu par un ensemble moteur asynchrone - convertisseur ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésVérifier expérimentalement que la fré-quence de rotation d’un moteur asyn-chrone dépend essentiellement de lafréquence de la tension d’alimenta-tion.Vérifier expérimentalement que la fré-quence de rotation d’un moteur asyn-chrone varie peu avec le couple résis-tant.

Savoir que les variateurs de vitessepour les moteurs asynchrones sont desdispositifs permettant de faire varierla fréquence de la tension d’alimenta-tion.

Interprétation d’une animation dechamps tournants.Vérification expérimentale de l’aug-mentation du produit I ·cos ϕ en fonc-tion de l’augmentation du couple ré-sistant.

U1

U2

V1

V2

W1

W2

13

7CME4 Comment chauffer ou se chauffer ?

1. Pourquoi le métal semble-t-il plus froid que le bois ?


Vérifier expérimentalement que pourun même apport d’énergie la variationde température de deux matériaux estdifférente.Vérifier expérimentalement que deuxcorps en contact évoluent vers un étatd’équilibre thermique.

Savoir que c’est la quantité de cha-leur transférée et non la différence detempérature qui procure la sensationde froid ou de chaud.Savoir que l’élévation de températured’un corps nécessite un apport d’éner-gie.

Comparaison de la sensation de cha-leur de deux matériaux à une mêmetempérature (métal/bois ou eau/air)Comparaison des capacités ther-miques massiques et de conductionthermique de différents matériaux.Représentation d’une chaîne énergé-tique par un schéma.Détermination expérimentale del’ordre de grandeur d’une capacitéthermique massique.

2. Comment utiliser l’électricité pour chauffer ou se chauffer ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMesurer l’énergie et la puissance dissi-pées par effet Joule par un dipôle oh-mique.Calculer une puissance dissipée par

P =U2

Rétant donnée pour un dipôle

ohmique.Calculer une énergie dissipée par ef-

fet Joule, la relation E =U2t

Rétant

donnée pour un dipôle ohmique.Identifier les grandeurs, avec leurs uni-tés et symboles, indiquées sur uneplaque signalétique.

Savoir que les dipôles ohmiques trans-forment intégralement l’énergie élec-trique reçue en énergie thermique.Savoir que la chaleur et le rayonne-ment sont deux modes de transfert del’énergie.Savoir que la chaleur se propage parconduction et par convection.

Mesure d’une quantité d’énergieconsommée par l’installation élec-trique avec un compteur d’énergieélectrique.Interprétation des indications fourniespar un compteur d’énergie électrique.Analyse de documents sur les convec-teurs électriques, les plaques élec-triques, bouilloires électriques, etc.Évaluation de la consommation enénergie d’une installation domestique.

3. Comment utiliser un gaz ou un liquide inflammable pour chauffer ou se chauffer ?


Réaliser une expérience de combustiond’un hydrocarbure et identifier les pro-duits de la combustion.Mettre en évidence que de l’énergiethermique est libérée par la combus-tion d’un hydrocarbure.Écrire et équilibrer l’équation d’unecombustion d’un hydrocarbure.

Connaître les produits de la combus-tion complète ou incomplète d’un hy-drocarbure dans le dioxygène.Savoir que la combustion d’un hydro-carbure libère de l’énergie.

Calcul de la masse ou du volume d’unréactif ou d’un produit dans une réac-tion chimique connaissant son équa-tion.Mesure de l’ordre de grandeur de lachaleur dégagée par la réaction decombustion d’un composé organique.Recherche documentaire : danger descombustions incomplètes, effets dumonoxyde de carbone sur l’organismehumain, effet de serre.Recherche documentaire sur les chau-dières à gaz, à fioul, à bois.

14

7.1 Combustion d’un hydrocarbure

• Le dioxygène est un gaz comburant, il faut donc l’éloigner de tout combustible. En particulier ne pas graisser avec une graisseinflammable les filetages de la bouteille de gaz.

• La réalisation d’un mélange explosif ne doit pas être fait avec des volumes importants dans des récipients dangereux.• La valeur guide de la qualité de l’air ambiant publié par l’Anses indique que 100 mg m−3 de monoxyde de carbone pendant

un quart d’heure suffise à une intoxication.

7.2 Calorimétrie et résistance chauffante

• Les resistances chauffantes sont isolés du liquide par un vernis spécial. Celui ci peut cependant s’altérer, il faut le vérifieravant utilisation.

• La manipulation d’eau chaude et des solides chauffés ne peut se faire dans une verrerie quelconque. Il préférable d’utiliser desbéchers épais et en Pyrexr.

15

8CME5 Peut-on concilier confort et développement durable ?

1. Comment économiser l’énergie ?


Différencier énergie et puissance.Calculer le rendement des appareils etsystèmes de chauffage.Calculer la résistance thermique d’unmatériau.Calculer un flux thermique à traversune paroi, la relation étant donnée.

Savoir que les matériaux ont des pou-voirs isolants ou conducteurs de lachaleur différents.

Recherches documentaires sur les dif-férents coûts de l’électricité, sur l’iso-lation thermique, ...Calcul du coût de plusieurs modes dechauffage ou d’éclairage.Choix d’un mode de chauffage encomparant plusieurs rendements.Recherche documentaire sur les diffé-rents modes de production d’énergie.Mise en évidence expérimentale dela résistance thermique d’une paroi.Utilisation d’abaques faisant interve-nir le coefficient de conductivité λ, larésistance thermique et l’épaisseur dela paroi.Bilan énergétique d’un appareil élec-trique ou d’un logement.Etude de documents techniques d’iso-lation utilisés dans les professions dubâtiment.

2. Qu’est-ce qu’une pluie acide ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMesurer le pH d’une solution.Calculer le pH d’une solution aqueuse.Déterminer le caractère acido-basiqued’une solution dont le pH est connu.Titrer une solution par un dosageacide/base.

Connaître la définition du pH d’unesolution aqueuse : pH= − log[H3O+]

Recherches documentaires sur le cyclede l’eau, sur les pluies acides.Dosage d’un produit domestiqued’usage courant.Acidification de l’eau avec un gaz.

3. Pourquoi adoucir l’eau ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMettre en évidenceexpérimentalement la présence

d’ions Ca2+ et Mg2+ dans unesolution aqueuse.Déterminer expérimentalement ledegré hydrotimétrique d’une eau.

Connaître le mécanisme de formationd’un ion positif ou négatif.Savoir que les ions Ca2+ et Mg2+ sontresponsables de la dureté d’une eau.

Recherche documentaire sur le rôled’une résine échangeuse d’ions.

4. Les matières plastiques peuvent-elles être recyclées ?


Identifier expérimentalement diffé-rentes matières plastiques, à par-tir d’échantillons et d’un protocoled’identification.Reconnaître les matières plastiques re-cyclables.

Connaître les principales familles dematières plastiques.

Inventaire des matières plastiquesexistant dans la maison et l’entreprise(objets de la vie courante, machine-outil, ... ).Recherche documentaire sur le recy-clage des matières plastiques.Test de flottaison, de Belstein, du pH,réaction aux solvants ...

16

6

8

6

Solutiontitrantebasique

Barreaumagnétique

Cellule deconductimétrie

Eau de pluieacide

Solution titranteE.D.T.A.

Barreaumagnétique

Eau à analyser (10 mL)+ N.E.T (5 gouttes)+ Tampon pH 10

O

O−

N

O

O−

N

O

O−

O−

O

E.D.T.A.

+ Mg2+−−→

O−

O

N

O

O−

N

O

O− O

O−

Mg2+

O

O−

N

O

O−

N

O

O−

O−

O

E.D.T.A.

+ Ca2+

−−→O−

O

N

O

O−

N

O

O− O

O−

Ca2+

8.1 Électrodes de pH

• Il existe deux modes de stockage des électrodes combinées de pH au calomel :• dans une solution de KCl à 3 mol l−1 mais il faut vérifier que celle-ci ne s’évapore pas, c’est donc pour les stockages de

courtes durées entre deux T.P. ;• à sec pour les longues périodes, mais il faudra prévoir plusieurs jours de réhydratation des parois de verre avant leur

utilisation par une une solution de KCl à 3 mol l−1.

8.2 Indicateurs colorés

• Les indicateurs colorés font partie des produits toxiques, on veillera à bien encadrer leur utilisation et à resteindre les quantités.• La phénolphtaléïne en poudre est classé C1B M2 R2 dans les CMR (cf module T3)• La classification CMR correspond à :

• catégories d’agents cancérogènes C :• Catégorie 1A : Substances dont le potentiel cancérigène pour l’être humain est avéré.• Catégorie 1B : Substances dont le potentiel cancérogène pour l’être humain est supposé (données animales).• Catégorie 2 : Substances suspectées d’être cancérogènes pour l’homme.

• catégories d’agents mutagènes M :• Catégorie 1A : Substances dont la capacité d’induire des mutations héréditaires dans les cellules germinales des êtres

humains est avérée (données épidémiologiques)• Catégorie 1B : Substances dont la capacité d’induire des mutations héréditaires dans les cellules germinales des êtres

humains est supposée (test in vivo sur des cellules de mammifères).• Catégorie 2 : Substances préoccupantes du fait qu’elles pourraient induire des mutations héréditaires dans les cellules

germinales des êtres humains.• catégories d’agents toxiques pour la reproduction R :

• Catégorie 1A : Substances dont la toxicité pour la reproduction humaine est avérée.• Catégorie 1B : Substances présumées toxiques pour la reproduction humaine.• Catégorie 2 : Substances suspectées d’être toxiques pour la reproduction humaine.

• Ne pas confondre la classification du Circ (Centre international de recherche sur le cancer) avec la classification des CMR. Cetteclassification inclut des substances, groupes de produits chimiques, mélanges, agents biologiques et expositions professionnelleset ne concerne que la cancérogénicité.• Groupe 1 : Cancérogène pour l’homme,• Groupe 2A : Probablement cancérogène pour l’homme,• Groupe 2B : Peutêtre cancérogène pour l’homme,• Groupe 3 : Inclassable quant à sa cancérogénicité pour l’homme,• Groupe 4 : Probablement pas cancérogène pour l’homme.

8.3 Choix de la verrerie

Dans ce paragraphe, il est tenté de mettre par écrit les précautions et le mode opératoire pour utiliser correctementle matériel.

17

1. Saisir la pipette par le haut pour l’insérer dans le dispositif de pipetage et éviter ainsi de s’entaillerle poignet en cassant la pipette.

2. Prélever à l’aide du dispositif une quantité suffisante de solution pour rincer la pipette presquehorizontale par un mouvement de rotation. Attention à ne pas mettre de solution dans le dispositifde pipetage. Vider la solution dans le récipient de récupération.

3. Avec la main gauche saisir le bécher incliné et maintenir la pipette contre la paroi avec l’index.

4. Avec la main droite faire les manipulations d’aspiration en maintenant la pipette parfaitementverticale, le trait de jauge exactement à hauteur d’oeil. La pipette est plongée dans la solution àpipeter. On prélève 3-4 cm au dessus du trait de jauge.

5. On sort la pipette de la solution en la maintenant contre la paroi du bécher. Et on fait descendrerégulièrement le liquide jusqu’à ce que le bas du ménisque atteigne le trait de jauge.

6. En tenant bien le dispositif d’aspiration et le haut de la pipette, changer de bécher.

7. Vider la pipette en maintenant celle-ci contre la paroi pour réaliser une descente régulière duliquide. Si la pipette comporte deux traits il faut mettre l’oeil au niveau du second trait et si ellen’en comporte qu’un seul il ne faut pas chercher à vider l’infime partie restant en bas du tube.

Utilisation de la pipette

1. Rincer la burette à l’eau distillée puis avec la solution utilisée. On réalisera plusieurs tours de robineten évitant de le dévisser.

2. Remplir la burette avec la solution et vider de la solution en ouvrant totalement le robinet pourfaire partir la bulle qui se forme sous le robinet.

3. Remplir la burette à 1 cm au dessus du zéro puis vider lentement mais à rythme régulier la solutionpour que le bas du ménisque coïncide avec le trait du zéro. L’oeil est toujours placé à la hauteurdu trait à atteindre.

4. Remplacer l’erlen de produits usagés par le bécher de la solution à doser.

Utilisation de la burette

Le dispositif doit toujours permettre une bonne agitation (agitateur magnétique) sans endommager lesdispositifs de mesures (pH-mètre). On réalise généralement dans un premier temps un dosage rapide pourdéterminer le volume équivalent correspondant au changement de pH, de couleur. Puis on réalise undosage précis en prenant des relevés rapprochés autour du volume équivalent. À l’approche du volumeéquivalent la précision doit être à la goutte près. Le regard doit être porté principalement sur le dispositifde mesure ou sur la solution à doser. La solution à doser est généralement diluée avec une quantité d’eaudistillée qui n’a pas besoin d’être précise (utilisation de verrerie graduée). Cela permet à l’électrode d’êtrebien immergée malgré l’agitation.

Réalisation d’un dosagepH-métrique

La cellule de conductimétrie mesure la conductance de la solution dans un espace restreint situé entredeux électrodes de nature variable. La cellule peut avoir été souillée dans une précédente mesure, il estdonc nécessaire de la rincer correctement à l’eau distillée voir de la nettoyer mécaniquement auparavant.Une fois nettoyée à l’eau distillée, il faut la rincer avec la solution à mesurer. Lors du dosage elle estdisposée au fond du bécher mais sans le toucher pour éviter des effets de bord qui peuvent nuirent auxmesures. Il est évident que mobilité et conductivité allant de pair, lors de la mesure il ne doit pas y avoir demouvement de la solution et donc pas d’agitation. On a vu que les constantes d’équilibre et de dissociationvariaient avec la température, lors d’une mesure précise de la conductimétrie de la solution, il faut éviterde chauffer le bécher avec sa main à force de le tenir.

Dispositif conductimétrique

Le dispositif doit permettre une bonne agitation (agitateur magnétique) sans endommager la sondeconductimétrique. L’agitation qui fonctionne pendant la descente de burette et jusqu’à stabilisation de laconductance est stoppée pour la mesure puis remise en route dès que la mesure a été réalisée. Contraire-ment au dosage pH-métrique, l’équivalence n’est pas aussi importante. Le volume de solution à doser doitêtre suffisament important pour que la sonde « trempe » complètement dans la solution. On peut préleverun volume important de solution à titrer en utilisant une fiole jaugée. Après avoir versé le contenu de lafiole dans le bécher du dosage, l’eau distilée de rinçage de la fiole sera elle aussi versée dans le bécher dedosage.

Réalisation d’un dosageconductimétrique

18

• Verrerie :• Avant utilisation : -1- Eau distillée. -2- Solution à utiliser.• Après utilisation : -1- Eau du robinet. -2- Eau distillée. (-3-éventuellement solution séchante ou

air comprimé) L’utilisation de papier absorbant ou de chiffons est généralement déconseillée.• Électrodes de pH :

• Avant utilisation : -1- Rinçage à l’eau distillée. -2- Séchage délicat avec du papier absorbant.• Après utilisation : -1- Eau distillée. -2- Retour dans le liquide de stockage.

Rinçage

8.4 Solution tampon pH 10

19

9CME6 Comment fonctionne certains dispositifs de chauffage ?

1. Comment fonctionne une plaque à induction ?


Identifier les pôles d’un aimant etd’une bobine parcourue par un cou-rant continu.Déterminer expérimentalement lesens d’un champ magnétique créé parun courant électrique.Déterminer le sens d’un courant in-duit.Mettre en évidence les effets du cou-rant induit.

Savoir comment peut être créé unchamp magnétique.Savoir que la variation du flux ma-gnétique produit un courant électrique(loi de Faraday).Savoir que le courant induit s’opposeà la cause qui lui a donné naissance(loi de Lenz).Connaître le principe de chauffagedans une casserole placée sur uneplaque à induction.

Mise en évidence expérimentaled’un courant induit dans un circuitpar la variation du flux magnétique.Détermination expérimentale dusens du champ magnétique.Mise en évidence expérimentale dela loi de Lenz.Mesure d’un champ magnétique àl’aide d’un teslamètre.Recherches et analyses documentairesrelatives aux plaques à induction et vi-trocéramiques.

2. Comment faire varier la température d’un gaz sans utiliser de dispositif de chauffage ?


Mesurer une pression à l’aide d’un ma-nomètre.Calculer une pression et la convertiren bar ou en pascal.Vérifier expérimentalement la loi deBoyle-Mariotte (P V = nRT ).

Connaître l’influence de la pression etdu volume sur la température.Connaître l’unité du système interna-tional de mesure de la pression.

Utilisation d’un dispositif expérimen-tal permettant d’étudier la compres-sion et la détente d’un gaz.Analyse de documents relatifs auxpompes à chaleur (air/air, air/eau,eau/eau), aux compresseurs et aux dé-tendeurs.Étude du cas d’une pompe à chaleurqui peut produire du froid (réfrigéra-teur, climatiseur).Étude de documents techniques rela-tifs aux climatisations, aux machinesthermiques.Recherches documentaires sur l’his-toire de la thermodynamique (Carnot,Clapeyron, etc.)

3. Quelles contraintes faut-il prendre en compte dans une installation de chauffage central ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésCalculer une vitesse moyenne d’écou-lement.Calculer un débit volumique.Déterminer expérimentalement lespressions et vitesses d’écoulement endifférents points d’un fluide en mou-vement.Appliquer l’équation de conservationdu débit.Appliquer l’équation de conservationde l’énergie mécanique dans un fluideen mouvement (Bernoulli).

Connaître le principe de conservationdu débit volumique d’un fluide enécoulement permanent.

Analyse de documents relatifs auchauffage central.Mesure d’une vitesse d’écoulement(tube de Pitot relié à un manomètredifférentiel).Mesure du débit avant, après et dansun étranglement (tube de Venturi).Mesure et calcul de vitesses d’écoule-ment et de débits sur une installationprofessionnelle.

20

Bobine d'induction

Plaque vitrocéramique

Courantsinduits

Champmagnétique

S N

i

i

V

On rapproche l'aimant de la bobine

N S

il se cré un champ qui s'oppose à la cause

qui lui a donné naissance.

SN

i

i

V

On éloigne l'aimant de la bobine

N S

9.1 Stockage et manipulation des aimants

Informations issues en partie du site www.yxmagnetic.com• Un gros aimant peut faire exploser un doigt s’il se retrouve coincé entre l’aimant et un matériel

ferromagnétique.• En cas de manipulation de gros aimants, il serait judicieux de porter des gants de protection et des

lunettes afin de se protéger contre les éclats au cas où l’aimant devait se briser.• La poudre composant les aimants est extrêmement inflammable. Elle ne doit donc en aucun cas

être récoltée au moyen d’un aspirateur. Il faut se débarrasser des aimants endommagés.• Les aimants en Néodyme sont fortement sensibles à la corrosion et sont protégés par une couche

de nickel, de chrome, d’or, d’époxy, d’argent, de parylène, etc. Cette couche s’use lors de chocsrépétés au niveau du point d’impact. Aussi, il faut séparer les aimants les uns des autres à l’aidede plastique, de papier ou de carton.

• Les aimants en Néodyme sont très sensibles à l’humidité, à l’acide et à la poussière. Aussi, il fautveiller à les stocker dans des endroits secs, propres et à température ambiante. Ne pas stocker lesaimants à proximité de tout matériel électrique.

• Conserver une distance de sécurité de 30cm entre tout type d’aimant et du matériel électronique(PC, PDA, etc.), ou des objets sensibles au rayonnement magnétique (carte de crédits, etc.). Encas de non respect de cette consigne, vous pouvez endommager irrémédiablement votre téléphoneportable, votre montre ou votre carte de crédit. Bien que la question de l’influence des champsmagnétiques sur le corps humain a été largement débattue, il ne faut pas porter d’aimants sur soide manière prolongée. De plus, les aimants recouvert de Nickel ne doivent absolument pas entrer(de manière prolongée) avec le corps humain.

• Attention un aimant peuvent avoir une aimantation qui ne soit pas sur la longueur (cf ci-contre)• Un aimant néodyme puissant peut provoquer la désaimantation d’un aimant classique s’il n’a pas

une aimantation sur sa longueur.• Pour stocker des aimants il faut réaliser des boucles de champ magnétique avec eux.

N S

NS

plaque

métallique

plaque

métallique

carton ou

plastique

21

10CME7 Comment l’énergie électrique est-elle distribuée à l’entreprise ?

1. Quel est le rôle d’un transformateur ?


Mettre en évidenceexpérimentalement le rôle d’abais-

seur ou d’élévateur de tension d’untransformateur.

Connaître le rôle du transformateur.

Illustration expérimentale despertes en ligne.Mesure de la tension aux bornes duprimaire et du secondaire d’un trans-formateur.

2. À quoi correspondent les bornes d’une prise de courant ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésDifférencier les trois conducteursd’une prise monophasée.Différencier les cinq conducteursd’une prise triphasée.Visualiser les courbes représentant lesdiverses tensions d’une distributiontriphasée et de déterminer leurs dé-phasages.Différencier les tensions simples destensions composées.Construire, à l’aide d’une expérimen-tation assistée par ordinateur (ExAO),une tension composée en effectuant ladifférence de deux tensions simples.

Savoir que le conducteur de mise àla terre (vert-jaune) est indispensableau fonctionnement du disjoncteur dif-férentiel et qu’il ne sert pas à la trans-mission de l’énergie.Savoir que les potentiels des troisphases par rapport au neutre sont dé-phasés de 120° , pour une distributiontriphasée.

Étude de documents d’informationssur la sécurité électrique.Interprétation d’une animation d’unchamp tournant produit à l’intérieurd’un moteur triphasé.

3. Comment calcule-t-on la puissance consommée par un appareil monophasé ?


Réaliser, en régime sinusoïdal, à l’aided’une expérimentation assistée par or-dinateur (ExAO), le produit d’une ten-sion aux bornes d’un dipôle et de l’in-tensité du courant qui le traverse.Mesurer une puissance à l’aide d’unwattmètre.

Savoir que la puissance consomméevarie au cours du temps et correspondà chaque instant au produit de l’inten-sité du courant et de la tension.Savoir que la puissance moyenneconsommée dépend des valeurs effi-caces de l’intensité du courant et de latension mais aussi du déphasage entrele courant et la tension.

Étude de l’influence du déphasageentre l’intensité du courant et latension sur la puissance moyenneconsommée.

4. Peut-on prévoir l’intensité appelée par plusieurs appareils électriques fonctionnant simultanément ?


Réaliser, en régime sinusoïdal, à l’aided’une expérimentation assistée par or-dinateur (ExAO), la somme de deuxcourants sinusoïdaux de même fré-quence.

Savoir que l’intensité du courant ap-pelé par deux récepteurs correspond àchaque instant à la somme de l’inten-sité des courants appelés par chacund’eux.Savoir qu’un récepteur appelle un cou-rant dont le déphasage par rapport àla tension d’alimentation est une ca-ractéristique de ce récepteur.Savoir que le cosinus de ce déphasageest appelé facteur de puissance.

Étude de la variation de la somme dedeux courants sinusoïdaux de mêmefréquence et de même amplitude.Observation de l’effet sur le courantappelé, de condensateurs montés enparallèle sur un moteur.

22

Haute tension

U1

Basse tension

U2

Faible intensitéI1

Forte intensité

I2

N1

spires N2

spires

ΦFluxmagnétique

Noyau

Enroulementsecondaire

Enroulementprimaire

10.1 Transformateur et masse flottante

• Lors de l’utilisation d’un transformateur plusieurs risques peuvent apparaître :• La tension obtenue lors d’un branchement élévateur peut être dangereuse.• La masse au secondaire peut être flottante et donc à une valeur importante rendant la tension aux bornes importante.• L’intensité du courant peut être très importante au secondaire sans pour autant que le générateur au primaire ne soit mis

en défaut.

101

102

103

104

10−1

100

101

102

103

104

Durée /ms

Intensité /mA

• La figure de gauche correspond à la norme CEI 479 et celle de droite est issue du document très complet sur le risqueélectrique de l’INRS nommé ED 596

• La résistance du corps humain est de l’ordre de 5000 Ω sous 25 V et d’environ 2000 Ω sous 220 V. Dans les locaux ou sur lesemplacements de travail mouillés elle passe, pour les mêmes valeurs de tension, respectivement à 1000 Ω et à 600 Ω.

23

11SL1 Comment dévier la lumière ?

1. Quel est le comportement de la lumière traversant des milieux transparents de natures différentes ?


Vérifier expérimentalement les loisde la réflexion et de la réfraction.Déterminer expérimentalementl’angle limite de réfraction et vérifierexpérimentalement la réflexion

totale.Déterminer expérimentalement ladéviation d’un rayon lumineux traver-sant une lame à faces parallèles et unprisme.

Connaître les lois de la réflexion et dela réfraction.Savoir que la réfringence d’un milieuest liée à la valeur de son indice deréfraction.Connaître les conditions d’existencede l’angle limite de réfraction et duphénomène de réflexion totale.

Description, à l’aide du tracé desrayons, du parcours de la lumière dansune lame à faces parallèles, dans unprisme ...Détermination expérimentale del’indice de réfraction d’une substanceà partir de l’angle limite de réfraction.Recherche historique sur Descartes.

2. Comment une fibre optique guide-t-elle la lumière ?


Étudier expérimentalement lesconditions de propagation d’un rayonlumineux dans une fibre optique.Décrire, à l’aide d’un schéma, le che-min de la lumière dans une fibre op-tique.

Associer phénomène de réflexion to-tale et fonctionnement d’une fibre op-tique.Distinguer fibres optiques à saut d’in-dice et à gradient d’indice.

Recherche documentaire sur l’applica-tion des fibres optiques.Réalisation d’une fontaine lumineuse.Utilisation de la relation sin α <√

n2c − n2

g pour déterminer « l’ouver-

ture numérique d’une fibre ».

0 ˚i2

i1

0 ˚

68,3˚

0 ˚i1

11.1 Liquides réfringents

• Pour les liquides huileux et donc glissant, prévoir de la verrerie solide en cas de choc ou de chute. Baliser toute zone dangereusedue à un déversement accidentel.

• Attention à l’usage des liquides inflammables en présence de sources chaudes.

24

12SL2 Comment un son se propage-t-il ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésMettre en évidenceexpérimentalement que la pro-

pagation d’un son nécessite un milieumatériel.Mesurer la vitesse de propagation d’unson dans l’air.Déterminer expérimentalement lalongueur d’onde d’un son en fonctionde sa fréquence.Utiliser la relation : λ = v.TEtablir expérimentalement la loi dela réflexion d’une onde sonore.

Savoir que la propagation d’un son né-cessite un milieu matériel.Savoir que la vitesse du son dépenddu milieu de propagation.Connaître la relation entre la longueurd’onde d’un son, sa vitesse de propa-gation et sa période : λ = v.T

Expérience de la sonnette sous unecloche à vide.Comparaison de la vitesse du son dansdifférents milieux (air, eau, acier, ... ).Utilisation d’un banc à ultrasons.Observation de l’atténuation d’un sonen fonction de la distance.

12.1 Opération sous vide ou en dépression

voir T5

12.2 Intensité sonore et fréquences sonores

• Lecture du diagramme de Fletcher et Munson ou de celui corrigé par la norme iso226 :2003

25

−10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

101

102

103

104

105

L(dB)

F (Hz)

Niveau minimum

20 phones

40 phones

60 phones

80 phones

100 phones

Courbes isosoniques

infrasons sons graves sons médiums sons aigus ultrasons

Fréquences de la parole

Lorsque l’on supprime l’amplification naturelle de notre oreille, nous perdons la perception d’une partie des fréquences aiguësque nous avons l’habitude d’entendre.C’est exactement ce qui se passe lorsque nous portons une protection auditive contre le bruit.Un bouchon placé dans le conduit auditif ou un casque qui coiffe l’oreille supprime immédiatement l’amplification naturelledes fréquences aiguës.Tout devient plus « sourd » plus « grave ».Peu gênante lorsque l’on passe deux heures à travailler avec un marteau piqueur ou à tondre sa pelouse, cette distorsion denotre perception sonore devient vite problématique lorsqu’il s’agit d’écouter un concert, de jouer d’un instrument dans unorchestre symphonique ou tout simplement de communiquer avec ses collègues au travail.Conséquence de cette déformation du son, le protecteur contre le bruit est enlevé par intermittence, voire non porté, induisantun risque de perte auditive.Nombreux sont les musiciens ayant une perte importante de l’audition ou souffrant d’acouphènes suite à des expositions tropimportantes au bruit : Neil Young, Barbra Streisand, Pete Townshend (The Who), John Entwhistle (The Who), Brian Wilson(Beach Boys), Sting, Eric Clapton, The Edge (U2), Phil Collins, Ludwig Van Beethoven, Robert Schumann..."Ne serait-ce qu’à cause de mes oreilles qui sifflent et bourdonnent jour et nuit, je puis dire que ma vie est un calvaire."Ludwig Van Beethoven

26

13SL3 Comment transmettre un son à la vitesse de la lumière ?


Identifier les éléments d’une chaîne detransmission d’un signal sonore parfibre optique.Réaliser la transmission d’un signal so-nore par fibre optique.

Connaître les ordres de grandeurs desvitesses de propagation de la lumièreet du son dans l’air.Savoir que la lumière permet de trans-mettre des informations.Savoir que la transmission du son né-cessite un émetteur, un milieu de pro-pagation et un récepteur.

Recherches documentaires sur l’utili-sation industrielle des fibres optiques,sur la transmission par satellite.Expérience de transmission d’un si-gnal sonore par fibre optique

13.1 Dispositifs optiques d’emission

L.E.A : Limite d’Emission Accessible et classe de lasersCes limites ont été définies selon la norme NF EN 60825-1/A2 : elles permettent de définir une classification des lasers en

fonction des risques qu’ils présentent suivant leurs caractéristiques. Ces limites ont été établies sur des valeurs de puissance oud’énergie que peut émettre le laser et qui sont accessibles à l’utilisateur, d’où l’acronyme LEA. Ainsi, chaque classe de laser possèdeun niveau maximal d’émission accessible à ne pas dépasser. Contrairement aux limites EMP, les limites LEA sont des limites baséessur l’emission laser alors que les EMP sont les limites basées sur la réception de l’œil ou de la peau d’une partie de cette émissiondirecte ou réfléchie. En raison de la gamme de longueurs d’ondes que couvrent aujourd’hui les lasers, de la gamme d’énergie et biend’autres caractéristiques (telle que la durée des impulsion), les risques causés par leur utilisation sont très variables. Etant donnél’impossibilité de considérer les sources lasers comme n’étant qu’un seul groupe, auquel les limites de sécurité communes pourraitêtre appliquées. Une classification des lasers en fonction d’une limite d’émission accessible (L.E.A) a été établie. Ces classes sont aunombre de quatre et ont été définies à partir de la norme européenne NF EN 60825-1/A2 et lorsque le laser est utilisée dans desconditions normales de fonctionnement.

• Classe 1 : Les lasers de cette classe sont intrinsèquement sans danger de part leurs performances. Les énergies transportéespar le faisceau sont inférieures aux EMP les plus limitatives. Ce type de laser est de classe 1 lorsqu’il est utilisé en fonctionne-ment normal mais peut s’avérer être de classe supérieure lorsqu’il est manipulé hors de ses conditions normales d’utilisation(dépassement des EMP).

• Classe 1M : Dans cette classe se retrouve les lasers de classe 1 qui émettent dans une bande spectrale qui s’étend de 302,5nmà 4000 nm. Ils sont comme tous lasers de classe 1 sans danger dans des conditions d’utilisation prévisibles, mais peuvent setrouver dangereux si l’utilisateur emploie une optique dans le faisceau. Se présentent alors 2 conditions :• Soit l’utilisateur doit concentrer l’énergie ou collimater un faisceau initialement divergent. Dans ce cas, le laser de classe

1 initialement devient de classe 1M, si l’utilisateur place les composants optiques à moins de 100mm de la source.• Soit le faisceaux est déjà collimaté à la sortie de la source et le diamètre du faisceau est supérieur au diamètre spécifié

dans le tableau 1 pour les mesures de l’éclairement énergétique ou de l’exposition.• Classe 2 : La classe 2 regroupe tous les dispositifs de faible puissance et dont la bande spectrale est comprise dans le spectre

visible (400 nm-700 nm). Les lasers de cette classe sont sans danger pour l’œil grâce à la protection naturelle de l’œil quin’est autre que le réflexe palpébral (clignement de la paupière). Cette réaction peut être attendue de manière à assurerune protection accrue dans des conditions d’utilisation normale, y compris lorsque l’utilisateur doit utiliser des instrumentsoptiques pour visualiser le faisceau.

• Classe 2M : Comme pour le laser de classe 1M, les lasers de classe 2M peuvent se montrer dangereux si l’utilisateur emploieune optique dans le faisceau, dans ce cas deux conditions s’appliquent :• Soit l’utilisateur doit concentrer l’énergie ou collimater un faisceau initialement divergent. Dans ce cas, le laser de classe

2 initialement devient de classe 2M, si l’utilisateur place les composants optiques à moins de 100 mm de la source.• Soit le faisceaux est déjà collimaté à la sortie de la source et le diamètre du faisceau est supérieur au diamètre spécifié

dans le tableau 1 pour les mesures de l’éclairement énergétique ou de l’exposition.• Classe 3 : Elle regroupe les dispositifs laser dont la puissance transportée par le faisceau est moyenne. L’exposition momentanée

de la peau n’entraîne aucun dommage. Cette classe peut encore être divisée en deux sous-classes :• Classe 3R : Lasers émettant dans la gamme des longueurs d’onde de 302,5 nm à 106 nm où la vision directe dans le

faisceau est potentiellement dangereuse, mais le risque est inférieur à celui présenté par les lasers de la classe 3B, et moinsde prescriptions de fabrication et de mesures de contrôle pour l’utilisateur ne s’appliquent que pour des lasers de la classe3B. La limite d’émission accessible est de cinq fois la LEA de la classe 2 dans la gamme de longueurs d’onde de 400nm à700nm et de cinq fois la LEA de la classe 1 pour les autres longueurs d’onde.

• Classe 3B : Il s’agit de dispositif à base de lasers de puissance moyenne pour lesquels la vision directe du faisceau esttoujours dangereuse. Contrairement à la Classe 3A, les réflexions diffuses ou les sources étendues sont dangereuses si le

27

temps d’exposition est supérieur ou égal à 10 secondes et si la distance minimale est inférieure à 13 cm. Pour appartenirà cette classe, les lasers à émission continue ne doivent pas dépasser 500 mW et l’exposition énergétique provenant deslasers impulsionnels doit être inférieure à 105 J.m-2.

• Classe 4 : Tous les lasers de cette classe sont dangereux pour l’œil, aussi bien en vision directe qu’en réflexions diffuses. Ceslasers provoquent des dommages cutanés et constituent un risque d’incendie. Ainsi, leur utilisation exige une très grandeprécaution. A titre indicatif, la puissance continue émise par un laser de classe 4 est supérieure à 500 mW.

28

14SL4 Comment voir ce qui est faiblement visible à l’œil nu ?

1. Comment obtient-on une image à l’aide d’une lentille convergente ?


Identifier une lentille convergente.Déterminer expérimentalement lefoyer image d’une lentille convergenteet sa distance focale.Réaliser un montage en étant capablede positionner une lentille convergentepar rapport à un objet pour obtenirune image nette sur l’écran.Déterminer, à l’aide d’un tracé àl’échelle, la position et la grandeur del’image réelle d’un objet réel à traversune lentille convergente.Appliquer les relations de conjugaisonet de grandissement.

Connaître :• les éléments remarquables d’une

lentille mince convergente (axe op-tique, centre optique O, foyer prin-cipal objet F, foyer principal imageF’, distance focale) ;

• le symbole d’une lentille conver-gente.

Savoir que la vergence caractérise unelentille mince.Savoir que la vergence est reliée à ladistance focale par une relation (for-mule et unités données).Connaître la différence entre uneimage réelle et une image virtuelle.

Recherche des foyers images et objetd’une lentille convergente.Utilisation d’un logiciel permettant deconstruire l’image d’un objet, de vi-sualiser la position et la taille del’image en fonction de la position del’objet.

2. Comment voir des petits objets ?


Exploiter un montage permettantd’illustrer l’influence de la distance fo-cale sur le grossissement d’une loupe.

Savoir qu’une loupe est une lentilleconvergente.Savoir que pour utiliser une loupe, ilfaut que l’objet étudié se trouve à unedistance de la lentille inférieure à ladistance focale.Savoir que l’image donnée par uneloupe est une image virtuelle.

Comparaison du grossissement de dif-férents instruments d’optique.Utilisation de logiciels de constructionet/ou de simulation.

|

F′

|

FA

B

A′

B′

O

29

15SL5 Pourquoi les objets sont-ils colorés ?

1. Comment obtenir les couleurs de l’arc en ciel ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésRéaliser la décomposition de la lu-mière blanche par un prisme et sa re-composition.Utiliser un spectroscope à réseau.Positionner un rayonnement mono-chromatique sur une échelle de lon-gueurs d’onde fournie.

Savoir que la lumière blanche est com-posée de rayonnements de différenteslongueurs d’onde.Savoir qu’un rayonnement monochro-matique est caractérisé par sa lon-gueur d’onde.

Recherche documentaire sur l’histoirede l’optique (Isaac Newton), la forma-tion de l’arc en ciel...Comparaison expérimentale duspectre lumineux de différentessources lumineuses.

2. Comment produit-on des images colorées sur un écran ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésRéaliser une synthèse additive descouleurs.

Savoir que 3 lumières monochroma-tiques suffisent pour créer toutes lescouleurs.

Utiliser un logiciel dédié à la synthèsedes couleurs.

3. Comment produit-on des images colorées sur une affiche ?


Réaliser une synthèse soustractive descouleurs.Réaliser une expérience mettant enévidence l’effet d’un filtre mono-chrome.

Savoir que la couleur d’une affiche dé-pend de la composition spectrale del’éclairage.Savoir expliquer, à l’aide de l’absorp-tion et de la diffusion de certaines ra-diations lumineuses, la couleur d’unpigment éclairé en lumière blanche.

Exemples d’applications de la syn-thèse soustractive (imprimante, pho-tographie,...)

15.1 Observation de lumières monochromatiques

• L’observation à l’œil de lampes émettant des U.V. est dangereuse : lampe à vapeurs de sodium• Les lampes à vapeurs de mercure comme certaines lampes basse consommation contiennent du mercure qui est toxique.

• Il existe des lampes à DEL monochromatiques en 12V moins dangereuses.

30

16SL6 Comment reproduire un signal sonore ?

1. Comment un haut-parleur fonctionne-t-il ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésVérifier le sens du champ magnétiquecrée par un courant dans une bobine.Vérifier que l’intensité du champ ma-gnétique est proportionnelle à l’inten-sité du courant.Vérifier le sens de déplacement d’unconducteur placé dans un champ ma-gnétique donné et parcouru par uncourant.Décrire par un schéma le principe defonctionnement d’un haut-parleur àpartir des phénomènes physiques misen jeu entre la grandeur d’entrée et lagrandeur de sortie.

Connaître les caractéristiques et lespropriétés du champ magnétique créépar un aimant droit, par une bobine.Savoir que tout conducteur parcourupar un courant et soumis à un champmagnétique extérieur subit une force.Connaître le principe de fonctionne-ment d’un haut-parleur.

Visualisation des spectres magné-tiques.Exploration d’un champ magnétique àl’aide d’une sonde à effet Hall.Réalisation d’une expérience permet-tant de mettre en évidence une forceélectromagnétique.

2. Pourquoi associer plusieurs haut-parleurs dans une enceinte acoustique ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésClasser des haut-parleurs en fonctionde leurs courbes de réponses (tweeter,medium, boomer).Comparer expérimentalement lescourbes de réponse de différents haut-parleurs.

Savoir qu’un haut-parleur est caracté-risé par sa bande passante (plage defréquences qu’il transmet avec un ni-veau d’intensité sonore suffisant).

Étude documentaire basée sur des no-tices de haut-parleurs.Filtrage d’un signal sonore.

3. Qu’est-ce qui caractérise un microphone électrodynamique ?


Déterminer le sens du courant induit.Produire expérimentalement unetension induite alternative.Déterminer expérimentalement labande passante d’un microphone.

Connaître et caractériser les grandeursassociées au phénomène d’inductionélectromagnétique : flux magnétique,loi de Lenz, tension et courant induits.Connaître le principe de fonctionne-ment d’un microphone électrodyna-mique.Connaître les différentes caractéris-tiques d’un microphone et les gran-deurs qui y sont associées (sensibilité,directivité et bande passante).

Comparaison expérimentale d’unmicrophone omnidirectionnel et unmicrophone unidirectionnel.Utilisation d’un dispositif expérimen-tal permettant de déterminer la bandepassante d’un microphone.Étude documentaire basée sur des no-tices de microphones.

70

75

80

85

90

95

100

105

110

115

120

101 102 103 104 105

L(dB)

F (Hz)

Boomer Médium Tweeter

+

+

+++ + + +

+++

++

++

+++++ + + ++

++

++

+

++

+++++ +

+

+++++

31

17HS4 Comment peut-on adapter sa vision ?

1. Comment peut-on améliorer sa vision ?


Identifier une lentille convergente.Déterminer expérimentalement lefoyer image d’une lentille convergenteet sa distance focale.Réaliser un montage en étant capablede positionner une lentille convergentepar rapport à un objet pour obtenirune image nette sur l’écran.Déterminer, à l’aide d’un tracé àl’échelle, la position et la grandeur del’image réelle d’un objet réel à traversune lentille convergente.Appliquer les relations de conjugaisonet de grandissement.

Savoir que l’œil peut être modélisépar :• une lentille mince convergente ;• un diaphragme ;• un écran adapté.Connaître :• les éléments remarquables d’une

lentille mince convergente (axe op-tique, centre optique O, foyer prin-cipal objet F, foyer principal imageF’, distance focale) ;

• le symbole d’une lentille conver-gente.

Savoir que la vergence caractérise unelentille mince.Savoir que la vergence est reliée à ladistance focale par une relation (for-mule et unités données).Connaître la différence entre uneimage réelle et une image virtuelle.

Réalisation d’une modélisation del’œil à l’aide du matériel optique :banc optique, lentille mince conver-gente, diaphragme, écran.Etude expérimentale des formulesde conjugaison.Etude documentaire : phénomèned’accommodation ; rôle du cristallin,de la cornée et de l’humeur vitrée, dis-tances maximale et minimale de visionnette, mise en relation entre l’acuitévisuelle et la vergence , ...

2. Pourquoi faut-il se protéger les yeux des rayons du soleil ?


Mesurer l’éclairement à l’aide d’unluxmètre.Positionner un rayonnement mono-chromatique sur une échelle fournie.

Savoir que :• la lumière blanche est la superpo-

sition de radiations lumineuses decouleurs différentes ;

• chaque radiation se caractérise parsa longueur d’onde ;

• il existe différents types de rayon-nements (IR, visible, UV) ;

• les radiations de longueurs d’ondedu domaine UV sont dangereusespour l’œil.

Utilisation d’un luxmètre.Dispersion de la lumière par unprisme.Synthèse additive et soustractive de lalumière.Filtre monochrome.Analyse de la courbe de sensibilitéspectrale de l’œil.Dangers comparés des UVA,UVB,UVC.Protection de l’œil (lunettes de soleil).

32

18HS5 Quels sont les principaux constituants du lait ?

1. Comment identifier quelques constituants du lait ?


Identifier expérimentalement lesgroupes fonctionnels des composésorganiques présents dans le lait.Traduire le nom d’une molécule en for-mule brute et/ou développée et réci-proquement (on se limitera à 5 car-bones).Écrire la formule développée ou semidéveloppée d’un alcool, d’un dérivécarbonylé, d’un acide carboxylique àpartir de sa formule brute.

Savoir que dans un composé orga-nique :• le groupement alcool est −OH• le groupement cétone est

C

O

R

• le groupement aldéhyde est

C

O

H

• le groupement acide carboxyliqueest

C

O

OH

Identification de quelques espèces chi-miques présentes dans le lait (eau,glucides, lipides, protéines, vitamines,ions minéraux) à partir de la lectured’étiquette et expérimentalement .Réalisation d’une chromatographiesur couche mince et exploitation duchromatogramme obtenu.Identification expérimentale desfonctions cétone et aldéhyde par letest à la 2,4-DNPH et le test à laliqueur de Fehling (protocole donné).Représentation de molécules à l’aidede modèles moléculaires.Etude de quelques groupes caractéris-tiques en chimie organique : à par-tir des molécules rencontrées dans lelait, présenter les principaux groupescaractéristiques présents (alcools, dé-rivés carbonylés (aldéhyde, cétone),acides carboxyliques) dans les molé-cules telles que le lactose, l’acide lac-tique, le glucose, le galactose.Réalisation du dosage de l’acide lac-tique contenu dans le lait (degré Dor-nic, fraîcheur du lait).

2. Comment peut-on aromatiser un laitage, un yaourt ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésReconnaître, dans la formule d’une es-pèce chimique organique, les groupescaractéristiques : −OH, −CO2H,−CO2R.Écrire l’équation des réactions d’esté-rification.Retrouver, à partir de la formule semidéveloppée d’un ester, les formulessemi développées de l’acide carboxy-lique et de l’alcool correspondants.Écrire les formules brutes, semi déve-loppées et développées de ces compo-sés.Nommer les esters comportant cinqatomes de carbone au maximum.

Savoir identifier et nommer les sym-boles de danger figurant sur les em-ballages de produits.Savoir que les réactifs d’une réactiond’estérification sont un acide carboxy-lique et un alcool.

Réalisation de la synthèse d’arômeen respectant les règles de sécurité(exemple : arôme de synthèse à la ba-nane (éthanoate d’isoamyle ou étha-noate de 3-méthylbutyle)).

33

18.1 Symboles de danger

18.2 Utilisation des produits chimiques

• Ai-je le droit d’utiliser ce produit chimique ? : Voici la réponse que l’on peut apporter. Tout d’abord la vraie question est laréflexion suivante : Quelque soit la législation existante et les conséquences légales sur une mauvaise utilisation d’un produitchimique, l’interrogation que le professeur doit avoir sur l’utilisation d’un produit chimique n’est pas de savoir quelles serontles conséquences pénales mais surtout les conséquences médicales à plus ou moins long terme sur ses élèves et sur lui-même.A chaque fois que le professeur utilise un produit chimique il doit pouvoir en connaître les conséquences sur la santé etl’environnement par l’affichage sur le flacon, sur le bécher ou sur tout autre contenant des caractéristiques du produit. Achaque fois que le professeur choisi un produit chimique il doit s’être placé dans des conditions telles que la santé des personnesqui manipuleront le produit : élèves, profs, laborantins, entreprise de recyclage,... , ne soient pas en danger immédiat ou à plusou moins long terme. Il faut donc savoir que rien pénalement (sauf exception :benzène) ne vous interdit d’utiliser des produitsdangereux (n’appartenant pas à la liste des CMR) mais lorsque vous le faites vous êtes conscient de cela et vous en portertoutes les responsabilités. Si un incident survient lors de la manipulation d’un produit dangereux, la loi a prévu par l’obligationde l’affichage des caractéristiques du produit que vous ne puissiez invoquer la méconnaissance des dangers de ce produit. Unerègle simple pourrait être la suivante : Lorsqu’un produit est toxique , ni le professeur ni les élèves ne l’utiliserons. Lorsqu’unproduit est nocif, seul le professeur l’utilisera si les conditions le permettent (hotte adaptée, gants,...). Vous avez toujoursla possibilité de manipuler et de rendre votre matière expérimentale mais vous vous devez de prendre toutes les dispositionspour rendre vos expériences sans danger pour qui que ce soit. Vous êtes conscient des risques que vous prenez. Ce n’est pasparce qu’il y a du benzène dans l’essence, du thallium dans les lampes au néon, de l’acétone dans les cosmétiques, que vouspouvez en rajouter ! !

• Traitement des produits chimiques ? : Généralement par précipitations des solutions minérales à l’aide d’une base puis filtrationet rejet du précipité à la poubelle.

34

19HS6 Quels sont le rôle et les effets d’un détergent ?

1. Comment fabrique-t-on un détergent ?


Reconnaître dans la formule d’une es-pèce chimique organique les groupescaractéristiques : −OH, −CO2H,−CO2R.Écrire les formules brutes, semi déve-loppées et développées de ces compo-sés.Écrire l’équation d’une réaction d’hy-drolyse, de la réaction de saponifica-tion des esters gras.

Savoir identifier et nommer les sym-boles de danger figurant sur les em-ballages de produits.Savoir que :• les réactifs d’une réaction d’estéri-

fication sont un acide carboxyliqueet un alcool ;

• les réactions d’estérification etd’hydrolyse sont inverses l’une del’autre.

Activité documentaire sur l’histoire del’industrie des détergents et du savon.Etude du procédé de fabrication d’unelessive ou d’un savon.Réalisation d’une saponification enrespectant les règles de sécurité.

2. Quel est le rôle d’un détergent ?


Schématiser une molécule tensio-active avec sa partie hydrophobe et sapartie hydrophileDécrire succinctement l’action d’undétergent sur une salissure.

Savoir que :• tout liquide possède une tension

superficielle ;• un détergent contient des compo-

sés tensioactifs qui améliorent lespropriétés de lavage de l’eau ;

• les agents tensioactifs sont consti-tués d’une partie hydrophile etd’une partie hydrophobe.

Etude de la composition des déter-gents :• les agents tensioactifs,• les polyphosphates,• les agents de blanchiment,• les enzymes,• les azurants optiques....Etude du phénomène de capillarité.Mise en évidence expérimentale dela tension superficielle de différents li-quides (eau, eau salée, liquide vais-selle, liquide lessive, huile...).Expériences permettant de dégagerles conditions optimales d’utilisationd’un détergent en faisant varier dif-férents paramètres (dureté de l’eau,eau salée, eau acide, usage d’antical-caire...).Mise en évidence expérimentale duprincipe d’action d’un détergent (pou-voir mouillant, pouvoir émulsifiant,pouvoir dispersant, pouvoir mous-sant).

35

3. Quelles précautions faut-il prendre lors de l’usage des détergents ?


Mettre en œuvre les procédures etconsignes de sécurité établies.Réaliser expérimentalement une di-lution.

Savoir identifier et nommer les sym-boles de danger figurant sur les em-ballages de produits.

Fabrication d’un savon (suivi d’un pro-tocole, respect de consignes de sécu-rité)Etude documentaire : La pollution parles agents tensioactifs (mode d’action,remèdes : les stations d’épuration, lesnouveaux tensioactifs de synthèse ra-pidement biodégradables (chaîne li-néaire)).Etude du rôle des poly phosphates,pollution engendrée par leur utilisa-tion (prolifération d’algues et de phy-toplancton ; nuisances : déséquilibreécologique, potabilisation difficile ; re-mèdes : stations d’épuration, nou-veaux produits à base de zéolite).Utilisation de matériaux biodégra-dables.

4. Comment peut-on parfumer un détergent ?

Capacités Connaissances Exemples d’activitésReconnaître, dans la formule d’une es-pèce chimique organique, les groupescaractéristiques : −OH, −CO2H,−CO2R.Écrire l’équation d’une réaction d’es-térification.Retrouver, à partir de la formule semidéveloppée d’un ester, les formulessemi développées de l’acide carboxy-lique et de l’alcool correspondants.Écrire les formules brutes, semi déve-loppées et développées de ces compo-sés.Nommer les esters comportant cinqatomes de carbone au maximum.Ecrire l’équation d’une réaction d’es-térification.

Savoir identifier et nommer les sym-boles de danger figurant sur les em-ballages de produits.Savoir que :• les réactifs d’une réaction d’estéri-

fication sont un acide carboxyliqueet un alcool ;

• les réactions d’estérification etd’hydrolyse sont inverses l’une del’autre.

Réalisation de réactions d’estérifica-tion et d’hydrolyse.

36

19.1 Symboles spécifiques aux détergents

19.2 Manipulation de bases fortes et dilutions

• Comme indiqué dans le paragraphe sur l’acide nitrique fumant, la soude caustique (solide) est interdite à la manipulation desmineurs.

• Les réactions de saponification nécessitent des bases fortes et le programme incite à la dilution de bases fortes.

• Accident électrique : Couper ou faire couper le courant, ne pas toucher la victime empêcher d’autrespersonnes de s’en approcher, les brûlures électriques sont toujours des brûlures graves.

• Atmosphère toxique sans protection respiratoire : Évacuer la zone polluée, ne pas tenter de sortirla victime si elle se trouve à plus de trois mètres de l’issue, interdire l’entrée dans le local de toutepersonne non équipée, ne pas agir seul, si possible aérer la pièce.

• Cas de feu sur une personne : Empêcher celle-ci de courir, la plaquer au sol et étouffer les flammesavec une couverture ou l’équivalent, ne pas oublier de se protéger les mains et autres parties ducorps, ne pas utiliser un extincteur.

• Plaies : Appliquer des compresses stériles et faire accompagner l’élève à l’infirmerie.• Brûlures : Toutes les brûlures sont des plaies, refroidir la surface brûlée avec de l’eau à température

ambiante pendant au moins 15-20 minutes (risques d’hypothermie avec de l’eau trop froide), nepas intervenir sur la blessure (ne pas percer la cloque), ne pas retirer les vêtements qui collent àla peau, faire accompagner l’élève à l’infirmerie, toute brûlure de taille supérieure à la moitié de lapaume de la main est classée grave et on doit alerter les secours médicalisés.

• Brûlures chimiques : Dans tous les cas respecter scrupuleusement les consignes ci-après :• Éviter de répandre le produit, ne pas chercher à neutraliser le produit, avertir ou faire avertir le

personnel médical ou de secours dès que le simple accompagnement à l’infirmerie entraîne undoute de votre part.

• Yeux : lavage immédiat et prolongé (15 à 20 min) à l’eau courante, sans chercher à enlever leslentilles.

• Peau : ôter les vêtements souillés sauf ceux qui collent à la peau, lavage à grande eau prolongé(15 à 20 min).

• Inhalation : Mettre la victime en position semi assise en cas de difficultés respiratoires.• Ingestion : Ne pas faire vomir, ne pas donner à boire.

Que faire en cas de pro-blème ?

37

20Travail de la journée

20.1 Matinée

Élaborer une activité qui respectera la sécurité ayant pour objectif de faire réaliser cette manipulation :

Ligne Haute tension Basse tension

Faible intensité

Forte intensité

I2

N2

spires

ΦFluxmagnétique

Noyau

Enroulementsecondaire

ΦFluxmagnétiq

ue

Noyau

G

~

ACCUMULATEUR

20.2 Après-midi

Élaborer une activité qui respectera la sécurité ayant pour objectif de faire réaliser cette manipulation :

nte.A.

rmagnétique

Eau à analyser (10 mL)+ N.E.T (5 gouttes)+ Tampon pH 10

où chaque composé aura été réalisé par l’élève à savoir :• tampon de pH 10• NET en solution alcoolique• EDTA à concentration adaptée• Eau éventuellement dégazée ou solution à doser à réaliser...

20.2.1 Tampon de pH 10

Le potentiel Hydrogène pH est défini comme la valeur négative du logarithme décimal de l’activité du proton solvaté : pH =− log |H3Oaq

+| ou |H3Oaq+| = 10−pH Si on considère le couple acide/base AH/A− on peut écrire : AH + H2O−−A− + H3Oaq

+

et écrire Ka =|A−| · |H3Oaq

+|

|AH|où pH = pKa + log

|A−|

|AH |

Dans le cas du couple NH4+/NH3 de pKa = 9,2 et pour avoir un tampon de pH = 10 , il faut

[NH3]

[NH4+]

= 1 × 100,8

Si on utilise une solution d’ammoniaque à p% en masse de NH3 avec une densité d, il faut pour calculer la concentration enbase [NH3] penser à utiliser la masse molaire de l’ammoniac NH3 et non celle de l’ammoniaque NH4OH donnée sur la bouteille soitMNH

3= 17 g mol−1.

[NH3] =

p

100× d × 1000

17Si on dissout une masse m de chlorure d’ammonium solide NH4Cl dans un volume V d’ammoniaque alors m = 53,5×[NH4

+]×Vsoit pour réaliser un volume V de solution tampon avec une masse m de chlorure d’ammonium solide NH4Cl

m = 53,5 ×

p

100× d × 1000

171 × 100,8

× V =53,5 × 100,2 × p × d × V

17

38

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