Pourquoi l’eau de mer a un pH = 8,2

1

Pourquoi l’eau de mer a un pH = 8,2 ?

PARTIE A : vérification que l’eau de la mer a un pH de 8,2

Expérience :

PARTIE B : pourquoi l’eau de mer a un pH = 8,2 ?

1. Les silicates et oxygène

2. L’eau de pluie est acide.

3. Très grande quantités d’ions H+.

4. Il y a une attaque acide des silicates.

5. Il y a consommation d’ions H+.

6. Plus une solution contient des ions H+, plus elle est acide, plus son pH est faible.

Donc, ici, comme il y a moins d’ions H+, le pH augmente un peu pour devenir légèrement basique.

PARTIE C : acidification des océans

1. acidification des océans

- Que signifie le terme acidification ?

Une augmentation de l’acidité de l’eau de mer qui se traduit par un pH qui diminue.

- A quoi est dû ce phénomène ?

Les activités humaines sont à l’origine d’émissions de plus en plus grandes de CO2

2. expérience :

Proposer un protocole expérimental simple démontrant l’action du CO2 sur le pH.

Matériel à utiliser :

- pH-mètre

- verre

- paille

- eau du robinet

Mode opératoire:

- Verser un peu d’eau dans un verre et mesurer le pH de cette eau :

pH = 7,4

- Souffler au moins 20 secondes dans l’eau d’eau avec la paille

Quel gaz injecte-t-on dans l’eau ?

dioxyde de carbone (CO2)

Soit on utilise un pH-mètre.

Soit on utilise du papier pH.

pH = 8

L’eau de mer est-elle acide, neutre ou basique ?

Basique : on dit qu’elle est alcaline

2

- Remesurer le pH de l’eau du verre.

pH = 7,7

Conclusion :

Le pH diminue, c’est-à-dire une acidification de l’eau dans laquelle on a introduit du dioxyde de

carbone.

- Pourquoi est-ce inquiétant ?

Effets sur la biodiversité marine : palourdes, escargots de mer, oursins et certaines algues ne parviennent

plus à fabriquer leurs enveloppes calcaires nécessaires à leur survie ; odorat du poisson altéré ; des

poissons plus petits

- Que peut-on faire pour limiter l’amplification de ce phénomène ?

Baisser l’émission de CO2 (véhicules, usines)

1

Est-ce que l’eau de mer est une eau douce ou une eau dure ?

1. Comment peut-on considérer l’eau du Pas de Calais ?

Eau extrêmement dure

2. Quelles sont les conséquences apportées par une eau trop dure ?

Diminution de l’efficacité des savons et détergents. Consommation accrue d’énergie pour la cuisson des aliments Entartrage des appareils en contact avec de l’eau chaude

3. Est-ce néfaste pour le milieu aquatique ? Non

PARTIE A : détermination qualitative de la dureté de l’eau

1. expérience 1 : les bandelettes

valeur de la dureté : 25°d

2. expérience 2 : tests de la présence des ions calcium

Oxalate d’ammonium

Présence d’un précipité blanc donc présence d’ions calcium

PARTIE B : détermination du titre hydrotimétrique de l’eau

Solution d’EDTA

10 mL d’eau du bassin tactile + 10 mL de

solution tampon à pH = 10 + une pointe de

NET Agitateur magnétique

Barreau aimanté

2

C (Mg2+

, Ca2+

) = 0,1 *7/10= 0,07 mol/L

C’est proche.

PARTIE C :

Eau extrêmement dure

C'est quoi la mer ?

Dans une goutte d’eau de mer… il n’y a pas que de l’eau Page 1

Dans une goutte d'eau de mer…

il n'y a pas que de l'eau

Première Partie Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ?

Comment l'eau de mer est-elle devenue salée ?

Quels sont les principaux constituants de l'eau de mer ?

1. Que s'est-il passé sur Terre, il y a 4 milliards d'année ? S'approprier : A / ECA / NA

Il y a 4 milliards d'année, il y avait beaucoup d’activité volcanique. Les éruptions étaient

extrêmement violentes libérant dans l’atmosphère une grande quantité de vapeur d’eau et de

gaz (chlore, gaz carbonique, soufre…).

2. Que s'est-il passé lorsque la Terre a commencé à se refroidir, 100 millions d'années plus

tard ? S'approprier : A / ECA / NA

Toute la vapeur d’eau a commencé à se condenser et à retomber sous forme de pluies acides.

3. Les roches sont principalement constituées de quel élément ? S'approprier : A / ECA / NA

Les roches sont principalement constituées de sodium.

4. Pourquoi cet élément s'est-il retrouvé dans les rivières puis dans les océans ? S'approprier : A / ECA / NA

Parce qu'en ruisselant à la surface de la Terre, l’eau acide à « arraché » de fines particules de

roche et a entraîné avec elle le sodium contenu dans les roches.

5. Quel élément était présent dans l'atmosphère et est retombé avec les pluies acides ? S'approprier : A / ECA / NA Le chlore

6. Que forment ces deux éléments s'ils s'associent ? S'approprier : A / ECA / NA

En s'associant, le chlore et le sodium forment le chlorure de sodium.

7. Quelle est la quantité de chlorure de sodium dans 1L d'eau de mer ? S'approprier : A / ECA / NA Il y a 29g de chlorure de sodium dans 1L d'eau de mer.

Consulter le dossier documentaire 1 en page 3 et 4.

C'est quoi la mer ?


Pourquoi la pluie, les rivières, les lacs ne sont-ils pas salés ?

8. Proposez une expérience permettant d'expliquer pourquoi la pluie, les rivières, les lacs ne

sont pas salés. Analyser/Raisonner : A / ECA / NA

Schéma annoté de l'expérience

Protocole expérimental

Mettre un peu d’eau de mer dans un récipient et

laisser le récipient au soleil.

Appeler le professeur pour qu’il valide votre expérience. Communiquer : A / ECA / NA

9. Réaliser votre expérience. Réaliser : A / ECA / NA

10. Qu'observez-vous au bout de quelques jours ? Communiquer : A / ECA / NA

L’eau s'est évaporée pour laisser une petit croûte blanche.

11. Conclusion Pourquoi la pluie, les rivières, les lacs ne sont-ils pas salés ? S'approprier : A / ECA / NA

La pluie, les rivières, les lacs ne sont pas salés car seules les molécules d’eau sont concernées

par l’évaporation. Le chlorure de sodium reste dans l’océan.

Grille d'évaluation

Compétences Capacités Questions Niveau d’acquisition

Note /

A ECA NA

S’approprier Rechercher, extraire et organiser

l’information. 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 11

/

Analyser Raisonner

Émettre une conjecture, une hypothèse. Proposer une méthode de résolution, un

protocole expérimental. 8

/

Réaliser

Choisir une méthode de résolution, un

protocole expérimental. Exécuter une méthode de résolution,

expérimenter, simuler.

9

/

Valider Contrôler la vraisemblance d’une

conjecture, d’une hypothèse. Critiquer un résultat, argumenter.

-

/

Communiquer Rendre compte d’une démarche, d’un

résultat, à l’oral ou à l’écrit. 8 (Appel)

10

/

C'est quoi la mer ?


Comment l'eau de mer est-elle devenue salée ?

Petit bond dans le passé…

Il y a 4 milliards d’années, bien avant les dinosaures, tout juste après que notre planète se soit formée, il y avait sur Terre,

beaucoup d’activité volcanique. Les éruptions étaient extrêmement violentes libérant dans l’atmosphère une grande

quantité de vapeur d’eau et de gaz (chlore, gaz carbonique, soufre…).

Ces éruptions ont duré 100 millions d’années, jusqu’à ce que la Terre commence à se refroidir.

C’est alors que toute la vapeur d’eau a commencé à se condenser et à retomber sous forme de

pluie, entraînant au passage les nombreux gaz accumulés dans l’atmosphère : ce sont des

pluies acides.

A cette époque, les roches sont très riches en sels minéraux,

principalement en sodium.

En ruisselant à la surface de la Terre, l’eau acide à « arraché » de

fines particules de roche (c’est l’érosion) et a commencé à former des rivières, puis des océans. Durant l’érosion et à cause de son

acidité, l’eau a entraîné avec elle le sodium (et bien d’autres sels) contenu dans les roches.

Ce sodium s’est associé au chlore par des réactions chimiques (rappelez-vous, le chlore qui était dans l’atmosphère et qui

est retombé avec les pluies acides) pour former le chlorure de sodium qui s’est accumulé dans les océans.

Ça vous rappelle quelque chose ? Regardez sur les boîtes de sel

de table : c’est du chlorure de sodium !

Pourquoi la pluie, les rivières, les lacs ne sont-ils pas salés ?

L’eau salée des océans s’évapore petit à petit pour former des nuages, pour retomber sous

forme de pluie et former les rivières, les lacs ou retourner directement dans l’océan. Il serait

donc logique que la pluie soit salée.

Cependant, seules les molécules d’eau sont concernées par l’évaporation. Le chlorure de

sodium reste quant à lui dans l’océan.

Dossier documentaire 1

Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ?

http://sciencejunior.fr/animaux/pourquoi-et-comment-les-dinosaures-ont-ils-disparu/

C'est quoi la mer ?


Quels sont les principaux constituants de l'eau de mer ?

Dans 1L d'eau de mer, nous pouvons extraire :

- 29 g de chlorure de sodium, principal constituant

du « sel marin » que l'on extrait dans les marais salants pour obtenir du sel alimentaire ;

- 1,35 g de magnésium, le plus léger des métaux

intéressant pour ses qualités anti-corrosives ;

- 0,065 g de brome, utilisé comme anti-détonnant dans l'essence, désinfectant ou composant

de médicaments ;

- Plusieurs centaines de litres d'eau douce pour l'irrigation et les besoins industriels dans les

régions désertiques.

Ressources : Centre de Nausicaa

Principaux constituants de l'eau de mer

g/L

Sodium (Ion sodium Na+) 10,5

Magnésium (Ion magnésium Mg2+

) 1,35

Calcium (Ion calcium Ca2+

) 0,4

Potassium (Ion potassium K+) 0,38

Strontium (Ion strontium Sr2+

) 0,008

Chlore (Ion chlorure Cl-) 19

Soufre 0,885

Brome (Ion bromure Br-) 0,065

Silicium 0,003

Carbone 0,028

Fluor (Ion fluorure F-) 0,0013

Bore 0,0046

Dossier documentaire 1 (Suite)

Pourquoi l'eau de mer est-elle salée ?

C'est quoi la mer ?




Deuxième Partie Comment montrer la présence d'ions chlorure dans l'eau de mer ?

Test d'identification des ions chlorure dans l'eau de mer.

1. Quel réactif devez-vous utiliser pour montrer la présence d'ions chlorures dans l'eau de

mer ? S'approprier : A / ECA / NA

Pour montrer la présence d'ions chlorure, il faut utiliser l'oxalate d'ammonium.

2. Que devez-vous observer s'il y a des ions chlorures dans l'eau de mer ? S'approprier : A / ECA / NA

S'il y a présence d'ions chlorure, nous devons observer un précipité blanc.

Liste du matériel (par poste): Une solution d'oxalate d'ammonium (en compte-goutte) ;

De l'eau de mer Un bécher

Un tube à essai et son support.

3. Proposez une expérience permettant de réaliser ce test d'identification des ions chlorures

dans l'eau de mer. Analyser/Raisonner : A / ECA / NA

Schéma annoté de l'expérience

Protocole expérimental

Dans un tube à essai, verser environ 1 ml d'eau

de mer. Ajouter ensuite quelques gouttes d'une

solution de nitrate d'argent.

La formation d'un précipité blanc montre la

présence d'ions chlorure dans la solution.

Appeler le professeur pour qu’il valide votre expérience. Communiquer : A / ECA / NA

4. Réaliser votre expérience. Réaliser : A / ECA / NA

Consulter le dossier documentaire 2 en page 6.

Tableau d'identification de quelques ions

C'est quoi la mer ?


5. Qu'observez-vous ? Communiquer : A / ECA / NA

On observe un précipité blanc.

6. Conclusion Y a-t-il des ions chlorure dans l'eau de mer ? Valider : A / ECA / NA Oui, il y a des ions chlorures dans l'eau de mer.



Note /

A ECA NA


l’information. 1 ; 2

/

Analyser Raisonner


protocole expérimental. 3

/

Réaliser




4

/



6

/


résultat, à l’oral ou à l’écrit. 3 (Appel)

5

/

Dossier documentaire 2 Tableau d'identification de quelques ions

C'est quoi la mer ?




Troisième Partie Quelle est la concentration des ions chlorure dans l'eau de mer ?

Pour déterminer la concentration des ions chlorures dans l'eau de mer, on réalise un dosage

colorimétrique.

Liste du matériel (par poste) :

Pour la dilution de l'eau de mer : De l'eau de mer (un bécher) ; Une fiole jaugée de 100 ml (ou de 50 ml) et son bouchon ; Une

pipette jaugée de 10 ml (ou de 5 ml) et un système d'aspiration ; une pissette d'eau distillée.

Pour le dosage : Une burette et son support ; Un erlenmeyer ou un bécher de 100 ml ; Un agitateur magnétique

et un barreau aimanté ; Une solution de nitrate d'argent de concentration 0,1 mol/L (un

bécher) ; l'eau de mer diluée 10 fois (un bécher) ; du chromate de potassium (en compte-

goutte).

1. Dilution de l'eau de mer Réaliser : A / ECA / NA

Compte tenu de la forte valeur de la concentration des ions chlorures

dans l'eau de mer, il faut tout d'abord procéder à une dilution de l'eau

de mer par 10.

Appel n°1 : Appeler le professeur pour qu’il vérifie votre dilution.

2. Dosage de l'eau de mer

a) Préparer le dosage Réaliser : A / ECA / NA

La burette est remplie avec une solution de nitrate d'argent de concentration

[Ag+] = 0,1 mol/L

Prélever 10 ml d'eau de mer diluée à l'aide d'une pipette jaugée de 10 ml, munie d'un système

d'aspiration ; Les verser dans un erlenmeyer ; Ajouter quelques gouttes de chromate de

potassium comme indicateur de fin de réaction ainsi qu'un barreau aimanté.

Placer l'erlenmeyer sur l'agitateur magnétique et placer l’ensemble sous la burette.

Régler l’agitateur afin d’homogénéiser la solution.

Consulter le dossier documentaire 3 en page 11.

Comment réaliser une dilution par 10 ?

C'est quoi la mer ?


b) Compléter le schéma ci-dessous : S'approprier : A / ECA / NA

Appel n°2 : Appeler le professeur pour qu’il valide la préparation de votre

dosage. Communiquer : A / ECA / NA

c) Réaliser le dosage Réaliser : A / ECA / NA

Ajouter la solution de nitrate d'argent contenue dans la burette (ml par ml) jusqu'au

changement de couleur.

Au début du dosage, la coloration dans le bécher est jaune pâle ; A l'équivalence, la solution

prend une teinte orangée :

Avant l'équivalence Après l'équivalence

d) Noter l’encadrement du volume équivalent Veq (volume de nitrate d'argent versé à

l'équivalence) en mL : Communiquer : A / ECA / NA

5 ml ≤ Veq ≤ 6 ml

Burette graduée contenant la solution de

nitrate d'argent de concentration

[Ag+] = 0,1 mol/L

Erlenmeyer contenant 10 ml d'eau de mer

diluée et quelques gouttes de chromate de

potassium

Barreau aimanté

Agitateur magnétique

C'est quoi la mer ?


e) Refaire le même dosage en ajoutant la solution de nitrate d'argent (0,1 mL par 0,1 mL) dans

l'erlenmeyer au moment de l’encadrement du volume équivalent. Réaliser : A / ECA / NA

Noter le volume équivalent Veq en mL :

Appel n°3 : Appeler le professeur pour qu’il vérifie la lecture du volume

équivalent. Communiquer : A / ECA / NA

3. L'équation support du dosage est :

Ag+

(aqueux) + Cl-(aqueux) -------> AgCl(solide)

Calculer la concentration molaire [Cl-]eau de mer diluée (en mol/L) des ions chlorures contenus

dans l'eau de mer diluée 10 fois. S'approprier : A / ECA / NA

Réaliser : A / ECA / NA Communiquer : A / ECA / NA

On donne : [Cl-]eau de mer diluée x Veau de mer diluée = [Ag

+] x Véq

[Cl-]eau de mer diluée = (0,1 * 5,7) / 10 = 5,7 mol / L

4. En déduire la concentration molaire [Cl-] (en mol/L) des ions chlorures contenus dans

l'eau de mer : Réaliser : A / ECA / NA Communiquer : A / ECA / NA

[Cl-] = 10 x [Cl

-]eau de mer diluée = 10 * 5,7 = 0,57 mol / L

5. Calculer la concentration massique CCl- (en g/L) en ions chlorure. Réaliser : A / ECA / NA Communiquer : A / ECA / NA CCl- = [Cl

-] x MCl- = 0,57 * 35,5 = 20,2 g/L

Donnée : Masse molaire du chlore : MCl = 35,5 g/mol.

6. Conclusion

a) Quelle est la concentration massique en ions chlorure donnée par le centre de Nausicaa ? S'approprier : A / ECA / NA

La concentration massique en ions chlorure donnée par le centre de Nausicaa est de 19 g/L.

Consulter le dossier documentaire 1 en page 3 et 4.

Véq = 5,7 ml

C'est quoi la mer ?


b) Comparer votre résultat à la valeur donnée par le centre de Nausicaa ?

(La valeur trouvée est-elle inférieure, supérieure ou égale à celle donnée par le centre de

Nausicaa?) Valider : A / ECA / NA

La valeur trouvée CCl- = 20,2 g/L est supérieure à celle donnée par le centre de Nausicaa CCl-

= 19 g/L.

c) Déterminer le pourcentage d'erreur. Réaliser : A / ECA / NA Communiquer : A / ECA / NA

On donne :

avec cexp : la concentration trouvée par l'expérience

cth : la concentration théorique (concentration donnée par le centre de Nausicaa)

% erreur = ((20,2 - 19) / 19)*100 = 6,3

6,3 % d'erreur

d) Commenter ce pourcentage d'erreur. Valider : A / ECA / NA

Le pourcentage d'erreur est acceptable si on tient compte des erreurs expérimentales

inhérentes à toute manipulation.



Note /

A ECA NA


l’information. 2.b ; 3 ; 6.a

/

Analyser Raisonner


protocole expérimental. -

/

Réaliser




1 ; 2.a ; 2.c ;

2.e ; 3 ; 4 ; 5

;6.c

/



6.b 6.d

/


résultat, à l’oral ou à l’écrit.

2.b (Appel n°2) 2.d

2.e (Appel n°3) 3 ; 4 ; 5 ; 6.c

/

C'est quoi la mer ?


Première étape : Mettre la solution à diluer dans un bécher.

A l’aide d’une pipette jaugée de 10 ml, munie d'un système d'aspiration, Prélever 10 ml de la

solution à diluer.

Deuxième étape : Verser le prélèvement dans la fiole jaugée de 100 ml.

Troisième étape : Verser de l’eau distillée jusqu’au tiers de la hauteur du réservoir de la fiole.

Homogénéiser la solution.

Quatrième étape : Verser de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.

Cinquième étape : Boucher la fiole à l'aide d'un bouchon et agiter pour homogénéiser l'ensemble.

Dossier documentaire 3

Comment réaliser une dilution par 10 ?

Nausicaa, Boulogne-sur-Mer, le 09/03/2016, 07 : 46

Le corps de Mme Jessica, journaliste, est découvert dans le hall d’entrée de Nausicaa.

Deux personnes faisant partie du personnel de Nausicaa, sont soupçonnées de l’avoir tué.

Mme Claire Mme Elisabeth

Taille : 1 m 50 Taille : 1 m 75

Taille à l’épaule : 1m30 Taille à l’épaule : 1m53

Masse : 61 kg Masse : 63 kg

Age : 25 ans Age : 31 ans

Profession : Soigneur au bassin tactile Profession : Soigneur forêt immergée

Grâce à ce dossier, vous allez devoir trouver l’assassin de la jeune femme.

Première partie Aurélie : Mais où la victime a-t-elle été tuée ?

Activité 1 : Analyse de l’eau

De l’eau a été retrouvée dans les cheveux (poumons) de la victime. Analyse de l’eau du bassin tactile, de la mer et de la forêt immergée.

Commentaire [w1]: Il ne sera pas possible d’obtenir de l’eau de ce bassin

Deuxième partie Sofiane et Emilie : Par qui ?

Activité 2 : Bassin tactile et optique

La police a besoin de preuves supplémentaires pour trouver le tueur de la jeune femme.

Madame Jessica effectuait un reportage sur Nausicaa. Il a été retrouvé sur elle un enregistreur. La lecture d’un message, enregistrée juste avant le décès, intrigue les enquêteurs : « Une dame m’a expliqué précisément un phénomène optique lié au toucher des poissons dans le bassin tactile, il faudra que je l’indique dans mon article ».

En interrogeant les suspects, la police recueille leurs témoignages pour connaître leur connaissance sur le bassin tactile :

La police : Pouvez-vous nous expliquer un phénomène optique lié au toucher des poissons dans le bassin tactile ?

Mme Claire : « Je sais que les poissons qui nous paraissent éloignés sont en réalité proches.»

Mme Elisabeth : « Je sais que les poissons nous paraissent proches alors qu’en réalité, ils sont plus profonds. »

Problématique : Grâce au dossier documentaire fourni en annexe, vous allez devoir aider la police. La personne qui fournirait la bonne explication renforcerait les soupçons de la police. Déterminer qui de Mme Claire ou de Mme Elisabeth a donné les bonnes explications ?

1. Que se passe-t-il quand un observateur veut toucher les poissons du bassin tactile ? (A Nausicaa ou grâce au dossier documentaire)

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

2. La police scientifique a voulu représenter la situation par le schéma ci-dessous. Il est incomplet, le poisson (l’objet) est représenté par le segment [AB].

Commentaire [EP2]: Les élèves grâce au document 1 ou à leurs observations à Nausicaa peuvent en déduire que si on essaye de toucher un poisson, il faut plonger la main plus profondément.

1ère partie : Qu’a voulu représenter le policier par le trait rouge ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3. Pour savoir si le trait rouge est correctement représenté, proposer une expérience (Schéma, protocole) qui permet d’illustrer la situation grâce au matériel mis à disposition :

Protocole :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Schéma :

Appel n°1 : Faire vérifier votre protocole au professeur et le réaliser avec les instructions du

professeur.

Réalisation et observation :

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Le trait rouge est-il correctement représenté ? Justifier la réponse.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Commentaire [EP3]: Il a voulu représenter le rayon lumineux provenant de A.

Commentaire [EP4]: Utilisation du disque et de la demi-sphère avec de l’eau salée.

Commentaire [EP5]: Le professeur demandera aux élèves de prendre plusieurs mesures d’angle s’ils n’y ont pas pensé.

Commentaire [EP6]: Oui il est correctement représenté.

4. Comment appelle-t-on ce phénomène ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2ème partie : Qu’a voulu représenter le policier par le trait bleu ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5. Comment l’œil perçoit les rayons lumineux ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

6. Compléter le schéma afin de déterminer l’image du poisson (où le poisson est perçu par un observateur) ?

7. Qui de Mme Elisabeth ou de Mme Claire a donné les bonnes explications ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

8. Qui de Mme Elisabeth ou de Mme Claire est soupçonnée d’avoir tuée Mme Jessica ?

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Commentaire [EP7]: Le rayon qui n’est pas dévié car perpendiculaire au dioptre.

Commentaire [EP8]: L’œil perçoit les rayons lumineux en ligne droite.

Dossier documentaire :

Document 1 :

A Nausicaa, il existe le bassin tactile (17). Les visiteurs peuvent toucher les lieus jaunes, les morues, les roussettes, les

turbos mais surtout les raies.

Ils sont surpris au moment de toucher les poissons. En les observant, ils pensent pouvoir les caresser à quelques centimètres, mais il s’avère qu’ils sont obligés de plonger la main plus profondément.

Document 2 : La réfraction

La réfraction est le changement de direction que subit un rayon lumineux quand il traverse la surface de deux milieux transparents différents. Un rayon perpendiculaire à la surface n’est pas dévié.

Le faisceau lumineux change brusquement de direction lorsqu’il franchit la surface de séparation AIR / EAU.

Document 3 :

L’indice de réfraction d’une matière, est un nombre qui caractérise le pouvoir qu’a cette matière, à ralentir et à dévier la lumière.

L'indice de réfraction d'une matière (souvent noté n) est le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide (C = 299 792 km/s) et la vitesse de la lumière dans le corps transparent (V).

C On a n = — V

Indice de réfraction de différents milieux transparents :

(Ces mesures sont réalisées à l’aide d’un réfractomètre)

Document 4 : Matériel à disposition

(Tout le matériel n’est pas forcément nécessaire)

- Source lumineuse

- Un générateur 6 - 12 V

- Assiette d’optique + Demi-sphère transparente + Demi-sphère plexiglas

- Eau

- Chlorure de sodium

- Sucre

- Balance

- Coupelle + spatule

Document 5 : L’œil

Le cerveau est conditionné à la propagation rectiligne de la lumière et il ne perçoit pas ces changements de direction. Ainsi, pour lui les rayons se propagent obligatoirement en ligne droite, il se trompe parfois sur la position réelle de l'objet.

Document 6 : Image d’un objet par un dioptre

On appelle image d'un objet par un système optique, l'ensemble des images des points de l'objet.

On appelle image d'un point, la zone de convergence des rayons, après traversée du système optique (image réelle) ou la zone d'où les rayons semblent provenir (image virtuelle). Lorsque cette zone se réduit à un point, le système est dit stigmatique.

Activité 3 : Le service balistique prend les choses en main

Partie 1 : Avant de se rendre sur les lieux du crime

Lorsque la police est arrivée sur les lieux, un impact de balle avait été retrouvé sur la paroi du cylindre à Méduse. La police pense qu’avant de noyer sa victime, l’assassin lui a tiré dessus mais a raté sa cible.

Voici un extrait du rapport établi par l’agent de police ayant effectué les constatations.

« Un impact de balle a été repéré à 70 cm de la partie supérieure du cylindre des méduses. La balle qui n’a pas pu traverser cet aquarium en méthacrylate était toujours logée à l’intérieur. Il s’agit d’une balle de calibre 9mm. L’angle d’incidence est de 77°. Des traces de pas mêlées à du sable ont été retrouvées à 5 mètres du cylindre. Tout indique qu’il s’agit de traces laissées par le tireur. »

Problématique : Comment l’équipe des experts peut-elle exploiter cet indice pour identifier l’assassin ?

1. A partir du rapport de l’officier de police et du dossier documentaire, indiquez quelle(s) information(s) concernant le meurtrier vous pourriez déterminer à partir de ces éléments ?

2. Proposez une méthode pour exploiter cet indice (vous ferez un schéma de la situation).

3. Déduisez-en quelle(s) information(s) il faudra déterminer sur les lieux pour mettre en œuvre votre méthode.

Une équipe des experts devra se rendre à Nausicaa pour prendre les mesures nécessaires permettant de confondre le coupable. En attendant le départ, le service balistique a réalisé une simulation sur GeoGebra pour mieux analyser la situation.

4.a. A l’aide du fichier « simul.ggb », et en vous aidant du rapport de l’agent de police et du dossier documentaire, estimez graphiquement la hauteur de l’impact selon que le coupable soit Mme Claire ou Mme Elisabeth et la hauteur du cylindre des méduses correspondante.

4.b. Mettre en œuvre votre méthode décrite à la question 2 pour affiner ces estimations par le calcul.

4.c. En déduire la hauteur du cylindre des méduses selon que le coupable soit l’un ou l’autre des deux suspects.

4.d. Ces résultats confirment-ils votre réponse à la question 4.b?

Partie 2 : Prise de mesures sur le terrain

En vous aidant du dossier documentaire, vous devez effectuer les mesures nécessaires pour pouvoir exploiter l’impact de balle retrouvé sur place.

Prenez note sur cette page des mesures effectuées en détaillant la méthode utilisée pour obtenir chaque mesure.

Vous pourrez illustrer votre compte rendu de photos prises sur place.

Partie 3 : Exploitation des mesures effectuées

A partir des informations prises sur le terrain, et du travail préparatoire effectué en amont, vous devez maintenant conclure cette enquête et confondre le coupable.

1. Rappelez les informations prélevées sur le terrain.

2. A l’aide de ces informations et du dossier documentaire, déterminez la taille approximative du tireur. On détaillera les calculs effectués.

3. Ces éléments confirment-ils les preuves obtenues lors de l’activité 2 en sciences-physiques ? Conclure quant à l’identité de l’assassin à partir de la fiche d’identification des deux suspects.

Dossier documentaire

Document 1 : Fiches de renseignements des deux suspects

Mme Claire Mme Elisabeth

Taille : 1 m 50 Taille : 1 m 75

Taille à l’épaule : 1m30 Taille à l’épaule : 1m53

Poids : 61 kg Poids : 63 kg

Age : 25 ans Age : 31 ans

Profession : Soigneur au bassin tactile Profession : Soigneur forêt immergée

Document 2 : Quels indices peut apporter une étude balistique

En utilisant simplement la trigonométrie sur des impacts de balle ou sur des tâches de sang d’une

scène de crime, des informations essentielles sur leur forme et leur taille peuvent être obtenues.

En effet, les scientifiques utilisent cette méthode afin de déterminer où était situé le tireur et/ou la

victime lors du crime, ils peuvent également en déduire jusqu’à la taille du tireur.

Si une goutte de sang ou une balle frappe une surface lisse à un angle exact de 90°, on obtient une

tâche ou un trou parfaitement circulaire. Dans le cas de la balle, le diamètre du trou nous renseigne

aussi sur le calibre de la balle. Si l’angle d’impact est différent de 90°, on obtient alors une ellipse qui

est d’autant plus allongée que l’angle d’impact est petit (angle d’incidence i).

En utilisant la trigonométrie et le théorème de Thalès, il est ainsi

possible à partir des caractéristiques de l’impact de balle ou de

la tache de sang de déterminer l’emplacement de la victime au

moment du crime et la taille du tireur (on assimile la position de

l’arme à la taille du tireur à l’épaule d’après la façon habituelle

de tenir une arme en joug).

Document 3 : Rappels de géométrie

Relations trigonométriques dans le triangle rectangle

Théorème de Thalès

Soit (d) et (d') deux droites sécantes en A.

Soit B et M deux points de la droite (d) distincts de A.

Soit C et N deux points de la droite (d') distincts de A.

Si les droites (BE) et (DC) sont parallèles, alors on a

= =

A B C

D

E

(d)

(d’)

A

B

C

Document 4 : Mesurer la hauteur d’un élément haut Pour mesurer la hauteur d’un bâtiment, d’un arbre, d’un pylône … il existe une méthode relativement simple. Il suffit de disposer d’au moins un bâton. Il faut tenir son bâton vertical (parallèle à l'objet à mesurer) et à bout de bras. S'approcher ou se reculer de l’élément à mesurer de façon à faire coïncider le haut de celui-ci avec le haut du bâton et le bas de cet élément avec le bas du bâton. Attention il faut viser le haut de l’élément à mesurer au centre de celui-ci. d représente la longueur du bras de l’observateur. h est la hauteur du bâton. D est alors la distance séparant l’observateur de l’élément à mesurer et H est la hauteur de celui-ci. D’après le théorème de Thalès, on a :

donc :

La croix de bucheron Il est possible de simplifier les calculs en fabriquant un petit instrument appelé « croix du bûcheron ». Il suffit pour cela de prendre 2 bâtons de longueurs identiques (30 ou 40 cm par exemple). Il faut alors les assembler en formant un angle droit comme sur la photo ci-contre. On procède alors de la façon suivante : Viser l’élément à mesurer en avançant ou en reculant de sorte à faire coïncider le haut et le bas de la croix du bûcheron avec le haut et le bas de l’élément.

Scénario pédagogique

Résolution de l’énigme :

Activité 1 : La jeune femme a été tuée dans le bassin tactile.

Activité 2 : Les soupçons se resserrent sur Mme Elisabeth.

Activité 3 : Mme Elisabeth est l’auteur du meurtre.

La jeune femme a été tuée par noyade par Mme Elisabeth, le soigneur de la forêt immergée, dans le bassin tactile.

Pour l’activité 2 :

Problématique : Grâce au dossier documentaire fourni en annexe, vous allez devoir aider la police. La personne qui fournirait la bonne explication renforcerait les soupçons de la police. Déterminer qui de Mme Claire ou de Mme Elisabeth a donné les bonnes explications ?

Question 1. : Les élèves grâce au document 1 ou à leurs observations à Nausicaa peuvent en déduire que si on essaye de toucher un poisson, il faut plonger la main plus profondément.

Question 2. : Il a voulu représenter le rayon lumineux.

1ère parte : Question 3. : Cette activité peut se faire sur place (si une salle est disponible). Si vous ramenez votre propre matériel, il est possible de prendre l’eau du bassin tactile pour réaliser l’expérience.

Cette activité peut également se faire en classe.

Pour l’appel n°1 : Il faut demander aux élèves de prendre plusieurs mesures d’angle s’ils n’y ont pas pensé. Leur demander de compléter le tableau.

La conclusion : Le trait rouge est correctement placé.

2ème partie : Le rayon qui n’est dévié car perpendiculaire au dioptre.

Question 5. : L’œil perçoit les rayons lumineux en ligne droite

Question 6. : L’image A’ de d’objet A se fait à l’intersection du trait bleu et du rayon lumineux qui arrivent en ligne droite.

Pour l’activité 3 :

Pour la conception de cette activité, la hauteur du cylindre des méduses a été supposée égale à 3.40 m. Il faudra vérifier cette valeur auprès de Nausicaa.

Partie 1 :

La partie 1 se fait en classe avant le départ pour Nausicaa.

Question 1 : On pourrait déterminer la taille du tireur.

Question 2 : On va détermine DE qui correspond à la taille du tireur à l’épaule.

On pourra alors en déduire la taille du tireur.

Pour déterminer DE on va utiliser le théorème de Thalès

= =

On va déterminer la longueur BC en utilisant la trigonométrie.

Tan 77° =

Pour cela, il nous faut la longueur AC qui correspond à la hauteur du cylindre des méduses moins 70cm.

Question 3 : Il faudra mesurer la hauteur du cylindre des méduses.

Question 4.a : Pour Mme Elisabeth on lit h=2.7m et le cylindre à méduses mesure environ 3,40m.

Pour Mme Claire h=2.4m et le cylindre à méduses mesure environ 3,20m.

Question 4.b : On a d’après le théorème de Thalès :

= =

D’où AC= ×

Or tan 77°=

Donc BC = tan77° X AC

Et BE= (tan77° X AC)-5

Donc AC = DE+°

Pour Mme Elisabeth AC=2,68m et pour Mme Claire AC= 2,45m

Question 4.c : Si le coupable est Mme Elisabeth, le cylindre mesure : 2.68+0.70=3.38m

Si le coupable est Mme Claire, le cylindre mesure 2,45+0.70=3.15m

A

B C

D

E

A

B C

D

E

77°

Question 4.d : Oui

Partie 2 :

Mesure de la hauteur du cylindre des méduses à l’aide de la croix de bucheron (voir dossier documentaire).

Un compte-rendu peut être fait sur place (grâce aux tablettes ou aux smartphones) par les élèves travaillant en groupe : photos, vidéos,…

Partie 3 :

Question 1 : La mesure de la hauteur du cylindre à méduses.

Question 2 :

Pour déterminer DE on va utiliser le théorème de Thalès

= =

Donc DE =

On va déterminer la longueur BC en utilisant la trigonométrie.

Tan 77° =

Soit BC = AC x tan77°

Donc DE = ( ° )

°

Question 3 :

Les élèves en déduisent que le tueur est bien Mme Elisabeth.

Activité 1 : Une eau bien mystérieuse

Problématique : Mais où la victime a-t-elle été tuée ?

1) A l’aide du dossier documentaire, proposer une démarche qui permettrait aux

enquêteurs de trouver le lieu du crime. ANA

Situation : On a retrouvé de l’eau dans les poumons de la victime.

L’analyse de cette eau permettra à la police de déterminer le lieu

du crime.

Les enquêteurs pensent à 3 lieux possibles pour la scène de crime :

la forêt immergée, le bassin tactile ou la plage de Boulogne sur Mer.

2) Que contient l’eau de mer ? APP

3) Quel « sels » sont présents dans l’eau de mer ? APP

4) Quelles différences devrait-on trouver dans la composition de l’eau des 3 lieux ? APP

5) Proposer des expériences qui permettront de trouver quelle eau se trouve dans les

poumons de la victime. ANA

6) Expérience 1 :

Il faut vérifier que le liquide découvert dans les poumons est bien de l’eau. Réaliser

l’expérience décrite dans le document 3. REA

Début de l’expérience

Fin de l’expérience

Couleur du sulfate de cuivre anhydre

a- Qu’observe-t-on ? COM

b- Que peut-on en conclure ? VAL/COM

7) Expérience 2 :

On va tester la présence ou non des ions dans les eaux des différents lieux possibles ainsi

que dans l’eau retrouvée dans les poumons.

a- Compléter le schéma de l’expérience : REA

b- Réaliser les tests et compléter le tableau : REA/COM

Eau retrouvée dans les poumons :

Ion Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ K+ Mn2+

Résultat

Test Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Que contient l’eau retrouvée dans les poumons ?

Eau des différents lieux possibles :

Forêt immergée Bassin tactile Plage de Boulogne

Ion Résultat Test Résultat Test Résultat Test

Cl-

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

SO4

2- Positif

Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Ca2+

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Mg2+

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

K+

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Mn2+

Positif Négatif

Positif Négatif

Positif Négatif

Quelle est la composition de l’eau dans les différents lieux possibles ?

Forêt immergée Bassin tactile Plage de Boulogne

8) A l’aide de vos résultats, déterminer où la victime a été tuée. COM

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

Dossier Documentaire

Document 1 : Les lieux possibles

Document 2 : La mer…

L’eau de mer est avant tout constituée… d’eau mais renferme aussi un grand nombre de

composés et d’éléments chimiques. Les ions présents dans l’eau de mer sont appelés

« sels ».

L’eau douce contient aussi des ions mais en très faible quantité voir pas du tout.

Forêt immergée

Rivières, ruisseaux, lacs et

marécages de la forêt humide

sont l'habitat privilégié des

crocodiles et d'une majorité

d'espèces de poissons d'eau

douce.

Bassin tactile

Lieus jaunes, morues, roussettes,

turbots et raies nagent à hauteur

d’homme et d’enfant dans ce

bassin. Cette faune marine

évolue en toute liberté.

Plage de Boulogne

L’eau de mer de Boulogne sur

Mer est a été polluée des années

par une usine qui rejetait des

métaux comme le manganèse

(Mn). Des traces subsistent

encore.

Cl-

SO42-

Na+

Mg2+

Ca2+

K+

Document 3 : Vérification de la présence d’eau

Document 4 : Tests de reconnaissance des ions

Ion Cl- SO42- Ca2+ Mg2+ Cu2+ Fe2+/ Fe3+ K+ Zn2+ Mn2+

Réactif

Pictogramme

Nitrate d'argent

Corrosif

Polluant

Chlorure de

baryum

Irritant

Oxalate d'ammonium

Irritant

Soude + Jaune

de thiazole

Corrosif

Soude

Corrosif

Soude

Corrosif

Picrate de

sodium

Soude

Corrosif

Soude

Corrosif

Précipité Blanc qui noircit à

la lumière

Blanc

Blanc

Blanc avec du rouge à

la surface

Bleu

Vert foncé (Fe2+)

Rouille (Fe3+)

Jaune

(Paillettes jaunes)

Blanc

Marron

Scénario Pédagogique

: Contexte pédagogique

Activité faisant partie de l’enquête policière « Les Experts Nausicaa ». Cette activité est à

faire en premier puisqu’elle permet de trouver le lieu du crime. Toute l’activité peut se faire

directement sur place (à Nausicaa).

Le lieu du crime étant le bassin tactile

: Place dans le BO

Cette activité peut être utilisée pour une classe de 2nde car elle rentre parfaitement dans le

module HS2 en Sciences.

: A prévoir

L’eau pour les différents lieux :

- Pour l’eau de mer : les échantillons peuvent être prélevés directement sur la plage

de Boulogne sur Mer. Soit il faut tester la présence des ions Mn2+ au préalable, soit

prévoir un flacon contenant ces ions et en rajouter discrètement dans les

échantillons prélevés.

On peut aussi modifier le document 1 et dire que l’eau contient des ions fer et en

rajouter dans l’eau de mer prélevée.

- Pour l’eau du bassin tactile : les élèves peuvent prélever des échantillons

directement dans le bassin puisque celui-ci est accessible aux visiteurs.

En amont, il faut avoir prélevé de l’eau de ce bassin pour pouvoir présenter aux

élèves le liquide que l’on a retrouvé dans les poumons de la victime.

- Pour l’eau de la forêt immergée : il faut, avant la visite, demander à un soigneur

responsable de ce bassin s’il est possible qu’il prélève des échantillons puisque celui-

ci ne sera pas accessible aux élèves. Ou alors, il faut prévoir de l’eau douce que l’on

emmène avec soi et que l’on présente aux élèves comme étant de l’eau du bassin aux

crocodiles.

Il faut le matériel pour réaliser les tests :

Expérience 1 Expérience 2

- Sulfate de cuivre anhydre - Coupelles et spatules - Pipettes pour prélever du liquide - Echantillon du liquide retrouvé

dans les poumons de la victime

- Tubes à essai - Soude - Oxalate d’ammonium - Chlorure de baryum - Nitrate d’argent - Jaune de thiazole - Echantillon eau de la plage - Echantillon eau du bassin tactile - Echantillon eau de la forêt immergée - Echantillon du liquide retrouvé dans les

poumons de la victime

: Déroulement

Question 1 :

Ce qui est attendu dans cette question n’est pas forcément une démarche entièrement

décrite. J’attends des élèves qu’ils me disent : il faut comparer l’eau présente dans les

poumons de la victime avec l’eau des différents lieux possibles. Il faut donc prélever des

échantillons.

Question 2 :

L’eau de mer contient de l’eau majoritairement ainsi que des sels.

Dans des compte-

gouttes

Question 3 :

Les sels présents dans l’eau de mer sont :

- ions chlorures Cl-

- ions sodium Na+

- ions magnésium Mg2+

- ions calcium Ca2+

- ions potassium K+

Question 4 :

L’eau de la plage doit contenir des ions Mn2+ en plus des ions présents dans l’eau de mer.

L’eau du bassin tactile doit contenir tous les ions présents dans l’eau de mer sauf les ions

manganèse car l’eau du bassin doit être filtrée pour éviter d’avoir une eau polluée.

L’eau de la forêt immergée doit contenir certains ions et d’autres non.

Question 5 :

On va vérifier la présence des ions dans l’eau des différents lieux possibles ainsi que dans

l’eau retrouvée dans les poumons de la victime. Pour cela, on utilise le tableau du document

4 du dossier documentaire.

Question 6 :

Le sulfate de cuivre anhydre, qui est blanc, devient bleu lorsqu’on le met en contact avec le

liquide retrouvé dans les poumons de la victime. Cela indique que ce liquide est bien de

l’eau.

Question 7 :

Les élèves réalisent les tests, note la présence ou non d’un précipité ainsi que sa couleur si il

y en a un. Et indiquent si le test est positif ou négatif. En conclusion, ils doivent dire la

composition en ions des différentes eaux testées.

Question 8 :

A l’aide des résultats des expériences, les élèves doivent conclure que le lieu du crime est le

bassin tactile car la composition, en ions, de l’eau retrouvée dans les poumons est la même

que celle de ce bassin.

: Suites possibles en classe

On peut parler de la différence entre eau douce et eau de mer :

- En comparant la concentration en ions chlorure Cl-. Pour cela, il faut réaliser un

dosage avec une solution contenant des ions argent et on est à l’équivalence

lorsqu’on a l’apparition d’un précipité d’AgCl

- En comparant la dureté de l’eau. Pour cela, il faut réaliser un dosage acide-base avec

l’EDTA en présence du NET (indicateur coloré). On peut ainsi déterminer la

concentration en ions Ca2+ et Mg2+ et calculer le degré hydrotimétrique de l’eau.

On peut aussi introduire la notion d’acidité. Pour cela, les élèves doivent déterminer si l’eau

de mer est acide ou basique. L’eau de mer est basique mais s’acidifie avec l’effet de serre (à

cause du CO2 rejeté). Puis enchainer sur un dosage acide-base pour déterminer la dureté de

l’eau de mer.

Avec des prélèvements d’échantillons réalisés soit sur la plage de Boulogne soit au

niveau du bassin tactile.

Documents

Pourquoi l’eau de mer a un pH = 8,2