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PROGRAMME CLASSES DE TERMINALE
ENSEIGNEMENTS DE SPECIALITE
Sciences et Technologies de Laboratoire (STL)
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I- OPTION CHIMIE DE LABORATOIRE ET DE PROCEDES INDUSTRIELS
PRESENTATION
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Option Chimie de Laboratoire et de Procédés Industriels
CHIMIE (4 h hebdomadaires)
Comme en classe de Première, l’horaire hebdomadaire est réparti en deux parties égales entre « chimie générale e t minérale » e t « chimie organique ». Le professeur aura le souci permanent d'illustrer ses propos par des exemples concrets empruntés à la vie courante et/ou au monde industriel. La liaison avec les travaux pratiques sera constante. Il est d'ailleurs souhaitable qu’u n même enseignant assure le cours et les travaux pratiques correspondants. En chimie générale et minérale, les notions vues en Première sont reprises et développées, en particulier les considérations de statique chimique conduiront à des études quantitatives. Ceci ne doit pas être une incitation à la construction d'exercices gratuits mais à une préparation du travail en laboratoire (et en travaux pratiques). Cette remarque vaut également pour la cinétique chimique: les aspects formels et les développements mathématiques seront présentés à partir d'exemples. L'étude de la cinétique d'une réaction nécessite la connaissance de l'évolution d e la concentration d'une espèce au cours d u temps; les méthodes de détermination seront celles rencontrées en physique, en statique chimique et au cours des travaux pratiques. L'étude des synthèses industrielles sera l‘occasion d'une ouverture sur les problèmes liés à l'environnement et à l'économie. Les connaissances de chimie organique de Première s'enrichiront de l'étude des composés aromatiques et polyfonctionnels de façon à pouvoir aborder l'analyse de quelques synthèses industrielles. Les aspects technologiques, économiques, les problèmes de sécurité et d'environnement seront abordés. Les exemples seront choisis en tenant compte de l'intérêt des synthèses étudiées, de la possibilité d'études documentaires par les élèves ainsi que des richesses industrielles environnantes. A titre indicatif, on peut donner la pondération suivante: Chimie générale et minérale:
La réaction chimique 19 semaines
électrolytes 3 semaines
acides e t bases 4 semaines
oxydoréduction 4 semaines
complexation 4 semaines
précipitation 4 semaines
Cinétique chimique 5 semaines
Applications à la synthèse 3 semaines
Atome et classification périodique 5 semaines
Chimie organique:
aperçu sur la spectroscopie 2 semaines
notion de mécanismes 1 semaine
benzène, phénol, aniline 12 semaines
composés d'intérêt biologique 3 semaines
polymères 5 semaines
stratégies de synthèse 8 semaines
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1. CHIMIE GÉNÉRALE ET MINÉRALE
PROGRAMME EXIGENCES ÉLÈVE INSTRUCTIONS
ET COMMENTAIRES
A. IA RÉACTION CHIMIQUE
I. RÉACTIONS EN SOLUTION
AQUEUSE
1.1. Propriétés des électrolytes
a) Application aux acides et
aux basas:
- force comparée,
- coefficient de dissociation
- influente de la dilution sur
le comportement d'un électrolyte
faible.
b) Définition :
- conductance, - conductivité,
- conductivité molaire ionique
limite.
Application aux dosages
conductimétriques:
- acido-basiques,
- par précipitation,
- par complexométrie et à la
cinétique.
1.2. Les acides et les bases
en solution aqueuse
a) pH d e s solutions
aqueuses:
- acide faible, - base faible,
- mélange acide t base
conjuguée avec application
aux mélanges tampons,
- ampholytes.
b) Étude théorique des dosages
acido-basiques
Connaitre les domaines de
prédominance à partir de la
donnée du pKA.
Maitriser l'utilisation du
coefficient de dissociation
Savoir définir et utiliser les
grandeurs introduites.
Savoir écrire les équations de
neutralité
électrique et conservation des
atomes, les constantes
d'équilibre.
* Savoir faire les
approximations nécessaires
en les justifiant. (Une espèce
sera considérée comme
négligeable devant
une autre à 10 %).
Savoir effectuer un calcul de
pH faisant intervenir un seul
couple acide base faible
Savoir calculer le pH d'un
ampholyte dans le cadre des
approximations usuelles.
Seul le système international
sera utilisé pour définir l'unité
des différentes grandeurs.
Ceci sera fait en liaison avec les
Travaux Pratiques.
On n'abordera pas le calcul du
pouvoir tampon ni celui du pH
d'un mélange de deux fonctions
de même nature.
Le matériel informatique pourra
être utilisé pour la modélisation
et la simulation.
On n'oubliera pas d'étudier des
solutions d'usage courant ou
présentant un intérêt
industriel.
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- acide fort - base forte (par
pHmétrie et conductimétrie),
- acide faible - base forte
(pHmétrie),
- base faible - acide fort
pHmétrie),
- conditions de séparation
de deux acidités successives
(ex: H2C2O4),
- indicateurs colorés;
détermination de la zone de
virage.
1.3. Réactions d'oxydoréduction
a) Potentiel redox. Loi de
Nemst.
- influente du pH,
- prévision thermodynamique
des réactions, calcul de la
constante d'équilibre de la
réaction d'oxydoréduction,
- applications:
- les électrodes,
- les piles,
- phénomènes de corrosion,
mise en évidence, protection.
b) Étude théorique des dosages
potentiométriques:
- oxydoréduction,
- par précipitation.
1.4. Réactions de complexation
Nomenclature.
Constante de dissociation KD
Étude de la stabilité d'un
complexe:
Déterminer, à partir d'une
courbe de dosage, une
concentration, un K,,.
* Savoir choisir un indicateur
en fonction
du dosage à effectuer.
Savoir déterminer les
domaines de prédominance.
Connaitre la loi de Nemst
sous sa forme générale.
A partir de la demi-équation
d'oxydoréduction, savoir
écrire la loi.
Savoir calculer la
concentration connaissant la
ddp et inversement.
Savoir calculer la constante K
d'un équilibre redox.
Savoir calculer le potentiel de
l'électrode de référence.
Connaitre les conditions de
formation d'un complexe.
Savoir écrire la constante Ko,
les équations de conservation
du ligand et
On vérifiera les acquis de la
classe de Première.
Le potentiel d'électrode E sera
défini dans les deux seuls cas
suivants: métal
au contact de l'un de ses ions,
électrode inattaquable au contact
d'un couple redox.
Les diagrammes potentiel-pH
sont hors programme.
La prévision thermodynamique
des réactions sera faite dans des
cas simples (et pour des
systèmes rapides) à partir du
calcul des potentiels d’électrode.
La corrosion sera étudiée, en
relation avec le cours de
technologie, grâce à une
approche expérimentale.
On se limitera aux cas simples:
Fe2' par Ce4+
Cl- par Ag+.
Ces dosages seront réalisés en
Travaux Pratiques.
On mentionnera le sel disodique
de l'EDTA comme ligand.
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- influente du pH,
- influente des concentrations.
Influente de la formation d'un
complexe sur un couple redox.
1.5. Réactions de précipitation
Solubilité, produit de solubilité
(rappels).
Influence:
- d'un ion commun sur s,
- de la formation d'un complexe
sur s,
-du pH sur s et sur la
précipitation (précipitation
sélective).
du cation, et savoir les utiliser
pour calculer les
concentrations des
différentes espèces, ou le
KD.
Savoir exprimer le produit de
solubilité Ks
Savoir calculer s à partir de
Ks, compte tenu des
paramètres suivants:
- présence d'un ion commun
- PH,
- formation d'un ion
complexe.
Les exemples seront pris dans
les TP d'analyse qualitative de
Première.
Pour la précipitation sélective, on
pourra choisir l'exemple des
sulfures.
Il. CINÉTIQUE CHIMIQUE
Il.1. Cinétique chimique
- vitesse de réaction: définition,
influente des concentrations,
de la température
- détermination des vitesses
de réaction
Savoir définir la vitesse d'une
réaction, le temps de demi-
réaction.
Savoir vérifier l'ordre d'une
réaction.
Savoir, à partir d'une courbe
On ne donnera pas la loi
d'Anhénius.
Il s'agit de vérifier l'ordre et non
de le déterminer. On se limitera
aux ordres 1 et 2.
On se limitera à un exemple pour
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- réactions d'ordre 1 et 2,
dégénérescence de l'ordre.
Notions de réactions en
chaine (linéaire et ramifiée).
11.2. Catalyse
a) Généralité:
- définition,
- fonctionnement
b) Différents types:
- homogène,
- hétérogène.
c) Poisons et inhibiteurs.
d) Promoteur.
expérimentale,
justifier et expliquer le choix
d'une méthode permettant de
suivre une cinétique.
Connaitre le rôle d'un
catalyseur.
Connaitre le vocabulaire.
chaque type:
ex.: synthèse de HCI, fission de
235U.
On citera un exemple de réaction
autocatalytique
(manganimétrie) et de catalyse
enzymatique (hydrolyse de
l'amidon).
On citera des exemples pris
dans l'industrie chimique.
Ill. APPLICATIONS
Etude de deux synthèses
minérales:
l'ammoniac puis
l'acide nitrique.
B. L'ATOME ET LA
CLASSIFICATION
PÉRIODIQUE
I. Niveaux d'énergie des
électrons dans l’atome,
nombre quantique.
Lien avec la classification
périodique.
Evolution des propriétés
En utilisant les notions acquise
en Première et Terminale,
savoir analyser les
différentes étapes d'une
synthèse.
Savoir écrire la structure
électronique d'un élément et le
placer dans la classification.
Cette étude constitue une
révision et un réinvestissement
des connaissances acquises
en Première et Terminale.
Les nombres quantiques seront
introduits comme moyen
d'identification de l'état
énergétique d'un électron. (Toute
étude quantique est hors
programme)
On étudiera deux familles:
alcalins, halogènes.
On abordera les métaux de
transition.
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périodiques:
- électronégativité: échelle
de Pauling,
- métaux, non métaux.
Il. Le photon: application à
la spettroscopie.
Relation AE = hv.
Ill. Le noyau: calcul de
l'énergie de cohésion
Isotopie
Radioactivité CX, 6', 6, ’y
Cinétique radioactive
Fission
Fusion
Familles radioactives.
Calcul de A à partir d'une
transition énergétique AE et
inversement.
savoir placer une longueur
d'onde dans le spectre
électromagnétique.
Savoir utiliser la relation AE =
m pour le calcul de l'énergie de
cohésion.
Savoir écrire une équation de
désintégration en appliquant la
conservation du nombre de
masse et du nombre de
charges.
Connaitre la loi de
décroissance radioactive et la
définition de la période.
On utilisera les connaissances
sur les propriétés des éléments
acquises en Première et
Terminale.
On étudiera le spectre
d'émission de l'hydrogène.
On donnara~=-13,6eVetE"=$
A propos de la radioactivité 6, on
ne parlera pas de neutrino ni
d'antineutrino.
Dans le cours de cinétique, on
étudiera une cinétique
radioactive.
2. CHIMIE ORGANIQUE
PROGRAMME EXIGENCES ÉLÈVE INSTRUCTIONS ET COMMENTAIRES
Pour l'ensemble du programme l'élève devra:
Savoir équilibrer les équations chimiques de toutes les réactions au programme (y compris les demi-équations redox) et leurs bilans et en détaillant si nécessaire les diverses étapes d'une réaction.
Connaitre les conditions expérimentales optimales des actions.
I. APERCU SUR L E S MÉTHODES DE DÉTERMINATION DES STRUCTURES EN CHIMIE ORGANIQUE
-IR
En IR: les tables de fréquences étant fournies, savoir reconnaitre dans un spectre, les absorptions
Ce chapitre sera traité au moment jugé opportun par le professeur. On fournira aux élèves
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- u v - RMN du proton.
caractéristiques des fonctions: alcool, aldéhyde, cétone, acide carboxylique, alcène, alcyne, amine, cycle aromatique. En RMN: les tables de déplacement chimique étant fournies, savoir: - reconnaitre les types de protons, - utiliser le couplage vicinal dans des cas très simples.
des tables de fréquences caractéristiques des principales fonctions. Aucun calcul n'est demandé (A, prévisibles). On analysera un spectre RMN simple après avoir indiqué les notions de déplacement chimique et de couplage spin-spin La RMN ne pourra pas apparaitre dans les sujets d'examen. La notion de couplage sera introduite d'un point de vue expérimental, sans justification. Savoir qu'il y a une délocalisation électronique et connaitre ses conséquences. Savoir identifier l'espèce électrophile. Le professeur montrera que l'utilisation conjuguée des méthodes spectroscopiques peut conduire à une détermination de formule développée.
Il. NOTION DE MÉCANISME RÉACTIONNEL : SN,, SNP
Polarité des liaisons carbone- halogène. Stabilité relative des ions carboniums.
Ceci ne fera pas l'objet de questions à l'examen. Il s'agi de présenter les points essentiels, c'est-à-dire la cohérence entre une loi cinétique observée et un mécanisme proposée. On ne fera pas de développement sur l'aspect stéréochimique.
Ill. BENZÈNE ET ALKYL-BENZÈNES
Ill.1. Benzène Réaction d'addition de H2 Aromaticité. Réactions de substitution: - alkylation, - acylation,
Savoir qu'il y a une délocalisation électronique et connaitre ses conséquences.
Pour ce produit comme pour les suivants, on mettra l‘accent sur la notion de toxicité et de maladie professionnelle.
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- nitration, - sulfonation, - halogénation. Description sommaire du mécanisme de la substitution électrophile. Règles d'Holleman. Oxydation en anhydrique maléique. 111.2. Alkyl-benzènes Substitution sur chaine latérale. Oxydation de la chaine latérale.
Savoir identifier l'espèce électrophile. Connaitre et savoir appliquer les règles de Holleman (orientation et activation), dans le cas des dérivés monosubstitués du benzène.
L'étude des arènes condensés est hors programme. On se limitera au toluène et à I'éthylbenzène.
IV. PHÉNOL
Préparation industrielle. Acidité. Réactivité du noyau, comparée à celle du benzène. Importance: - réaction de Kolbe, - acytation aspirine, - phénoplastes, - résine phénol-formol. Existence d'autres phénols
Comparer les acidités des alcools et du phénol. Appliquer les règles de Hoffeman au cas du phénol. .
Faire la comparaison avec la fonction alcool Le rôle du groupement -OH dans la réactivité sera mis en évidence mais non justifié.
V. ANILINE
Préparation Basicité substitution; protection de la fonction amine par acylatfon et régenémtion. Importance: - existence d'autres amines aromatiques; - diazotation et se-s appfications: - hydrdyse, - sandmeyer, - copulation, - désamination.
Comparer la basicité de I'aniline avec celle de NH3 et des amines aliphatiques. Savoir appliquer les règles de Holleman à l'aniline et à son dérivé acylé.
On traitera la réduction par le Fer et par H2/CuCO3 du nitrobenzène. On fera un choix, intéressant du point de vue industriel, de ramine pour la diazotation et d'un phénol ou d'une autre amine aromatique pour la copulation.
VI. COMPOSÉS AYANT UN INTÉRET BIOLOGIQUE
1. Acides a-aminé
Faire le classement des priorités des substituants
A propos de chiralité, on introduira la nomenclature
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Formule générale. Chiralité. Propriétés physico-chimiques. 2. Le glycérol. Importance biologique et industrielle. Obtentions industrielles.
d'un carbone asymétrique. En déduire la configuration absolue. Savoir représenter les molécules en perspective de Cram et en projection de Fisher. Connaitre l‘existence des différentes formes en fonction du pH. Savoir que la plupart des corps gras sont des triesters du Glycérol. Connaitre les méthodes d'obtention industrielle du glycérol.
R-S. On se limitera aux molécules à un carbone asymétrique. Le classement devra se faire au maximum au deuxième rang., Aucun calcul ne sera demandé à l’examen. Insister sur la saponification et corps gras. Signaler les résines glycérophtaliques que l'on retrouvera au chapitre suivant.
VII. POLYMÈRES
Réactions de polyaddition et de polycondensation. Étude des propriétés physicochimiques en liaisons avec la structure.
Connaitre les monomères, leurs obtentions et le motif élémentaire du polymère dans les cas suivants:
polyéthylène
PVC
polystyrène,
polyamide Connaitre fa signification des termes: - thermoplastique, - thermodurcissable, - élastomère, - réticulation.
L'initiation de la polyaddition sera vue succinctement. Il faut situer l'importance industrielle des polymères. On pourra citer d'autres polymères.
VIII. STRATÉGIE DE LA SYNTHÈSE ORGANIQUE
A l’aide d’exemples bien choisis, on montrera l’intérêt de parvenir à des synthèses efficaces, la nécessité de recourir à des groupements protecteurs des méthodes d’analyse et de purification.
Savoir concevoir une suite de réactions conduisant à un produit donné. Choisir judicieusement les réactions et leur enchainement.
Cette partie du programme a pour objectif essentiel d’utiliser les notions acquises durant les années de première et de terminale. Elle doit représenter le quart du volume horaire de chimie organique et sera répartie sur une année entière. Elle doit permettre de montrer la démarche suivie dans l’élaboration de produits d’intérêt industriel.
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PHYSIQUE
(Cours: 3 h hebdomadaires
Travaux pratiques: 3 h hebdomadaires)
Comme en classe de Première, l‘enseignement de Physique a pour but de fournir aux élèves les
connaissances utiles au chimiste pour comprendre le principe de fonctionnement des appareils
qu'il rencontre au laboratoire et au hall de génie chimique.
Il convient, dans toute la mesure du possible, de tenir compte des méthodes modernes
d'acquisition et de traitement des données. En conséquence, on utilisera de façon significative I
‘ordinateur comme outil de laboratoire. Le matériel possédant son propre système informatique
d'acquisition et de traitement des données est également recommandé.
Le programme s'articule autour de deux domaines:
- en électricité, l‘étude est centrée sur le courant alternatif;
- en électronique, on aborde les aspects analogiques et logiques.
Le futur chimiste sera amené à utiliser des appareils divers, comportant des capteurs destinés à
informer de l'état d'une installation, des actionneurs, des systèmes électrotechniques ou
électroniques outils de l’action. Sans lui demander d'acquérir une compétence de spécialiste, on
est en droit d'exiger une parfaite maitrise de ceux-ci, et une connaissance des principes de base
de leur fonctionnement.
Les travaux pratiques permettent d'atteindre ces objectifs en proposant:
- soit des thèmes en liaison directe avec le cours de Terminale,
- soit des situations rencontrées au laboratoire de chimie et analysées de façon complémentaire
par le physicien.
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PHYSIQUE
PROGRAMME EXIGENCES ÉLÈVE INSTRUCTIONS
ET COMMENTAIRES
ÉLECTRICITÉ: REGIMES SINUSOÏDAUX
I. Caractéristiques générales des grandeurs périodiques Etude de différents types de signaux: - unidirectionnel, - bidirectionnel, - périodique -alternatif Notion de période, fréquence, valeur instantanée et maximale. TP: utilisation d'un GBF et d'un oscillographe Il. Le régime sinusoïdal: - définition, - phase, phase à l’origine, - pulsation - valeur moyenne et efficace de u et i, - déphasage entre deux grandeurs sinusoïdales Ill. Principe de la production d'une force électromotrice sinusoïdale. N. Représentation géométrique d'une grandeur sinusoïdale: vecteur de Fresnel. V. Dipôles linéaires élémentaire en régime sinusoïdal: - résistor, - condensateur, - bobine parfaite.
Savoir reconnaitre une grandeur périodique. Savoir mesurer et calculer les différentes grandeurs correspondantes. Connaitre les expressions des grandeurs instantanées u (t) et f(t). savoir déterminer les grandeurs maximale- s ei efficaces. Savoir mesurer et calculer un déphasage entre deux tensions. Connaitre la formule donnant le décalage horaire. Savoir établir la formule donnant e(t) à partir du flux+O et de la loi e=-% Savoir faire la somme de deux grandeurs sinusoïdales de time période en utilisant la représentation de Fresnel. Connaitre l‘expression de l'impédance Z pour chaque dipôle élémentaire, ainsi que son unité. Savoir que u(t) et i(t) son en phase aux bornes d'un résistor. En déduire que la
Il importe que la définition de la valeur efficace d’une grandeur périodique soit donnée pour la première fois en dehors de tout contexte sinusoïdal, de manière à éviter que ne se crée chez les élèves un réflexe simplificateur et réducteur conduisant à de lourdes erreurs. A propos des régimes sinusoïdaux, on signalera l’importance de ces régimes dans l’électricité
industrielle et domestique.
On écrira: u(t) = U, sin(4 t (PJ. On précisera que l‘on peut également écrire: u(t)= u, cos( ottcpJ. On donnera la définition d'une valeur efficace à partir de I‘effet thermique sans effectuer de démonstration. ON se contentera de
donner les relations
On définira à nouveau la période et la fréquence pour ce cas particulier. On utilisera: u(t) = U, sin (ut t (pJ i(t) = Im sin (ot t cp& On montrera à l’oscillographe que la loi d'additivité des tensions est applicable aux valeurs instantanées.
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Loi d'Ohm, impédance, admittance. T P : mesure d'impédance, de déphasage. Vi., .A. Association de dipôles en série Résonance TP: résonance. VI. Puissance en régime sinusoïdal. puissance: - instantanée, - moyenne, - apparente, - réactive. Facteur de puissance (relèvement de celui-ci). Vlll. Transformateurs monophasés: modèle du transformateur parfait. Fonctionnement à vide et en charge. Applications: transport de L’énergie électrique. IX. Triphasé équilibré. Tensions simples et composées. Moteur asynchrone triphasé
mesure de la tension a I’oscillo permet de mesurer l'intensité dans un circuit. * Savoir mesurer un déphasage entre u(t) et i(t). Savoir déterminer par la méthode de Fresnel: - l’importance d’un dipôle: - R, C - R, L, C. Savoir qu'à la résonance U = RI. Savoir qu'il existe des phénomènes de surtension. Connaitre et savoir utiliser la relation P= UI cos cp (puissance moyenne consommée). Connaitre l'importance du facteur de puissance. Connaitre le rapport de transformation: Lois à vide et en charge. Savoir que le rendement est différent si le transformateur est réel ou parfait. Connaitre: - le montage étoile, - le montage triangle. Savoir repérer les bornes d'une installation triphasée. Savoir lire une plaque à bornes. Savoir lire la plaque signalétique d'un moteur. Savoir adapter un moteur au réseau existant. Savoir déterminer le couple nominal d'un moteur. Savoir si le moteur peut entrainer une machine connaissant les
La loi d'additivité n'est pas applicable aux valeurs efficaces. En ce qui concerne le phénomène de résonance, on parlera de: - bande passante, - facteur de qualité, - surtension. On parlera de la valeur du facteur de puissance qui doit être la plus élevée possible pour que la puissance se rapproche de la puissance nominale. Cette étude doit rester modeste sur le plan théorique. Le moteur asynchrone est le plus utile des moteurs. On montrera que les petits moteurs asynchrones triphasés de puissance de l'ordre du kW équipent de nombreux outils. On n'insistera pas sur les procédés de démarrage. Si les équipements le permettent, on réalisera une étude de moteur sur un banc de mesure.
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caractéristiques de celle-ci.
FONCTIONS DE L'ÉLECTRONIQUE APPLIQUÉES À LA CHIMIE
PROGRAMME EXIGENCES ELEVE INSTRUCTIONS ET
COMMENTAIRES
I. La diode au silicium.
Caractéristique réelle.
Caractéristique simplifiée.
Caractéristique idéale.
Redressement
monoalternance et
bialtemance.
Filtrage par un
condensateur.
TP : redressement et
filtrage.
Il. La diode zener.
Caractéristique réelle.
Caractéristique simplifiée.
Caractéristique idéale.
Stabilisation en tension.
TP: stabilisation d’une
tension.
Ill. Introduction à
l'amplification.
Amplification de tension
par
amplificateur opérationnel.
TP: réalisation de
différents
Savoir retrouver l'équation
de la partie linéaire de la
caractéristique simplifiée.
Connaitre et savoir utiliser
une caractéristique.
Connaitre l ‘importance de
la caractéristique inverse.
Savoir établir la formule du
coefficient d'amplification
en tension.
Savoir câbler les différents
montages.
Le fibrage sera montré
expérimentalement.
Le chargeur de batterie
sera étudié en exercice.
Cette étude sera
essentiellement
expérimentale.
On réalisera des
montages comparateurs,
suiveur, inverseur, non
inverseur, sommateur.
On montrera que la mise
en œuvre de courants
importants nécessite une
amplification
en puissance.
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montage s comportant un
A O :
- utilisation en
amplificateur
- utilisation en
comparateur.
IV. Introduction à la
commutation
et aux fonctions logiques.
Utilisation de quelques
opérateurs
logiques intégrés du
commerce.
TP: caractérisation des
composants logiques
T P : montage mettant en
œuvre des composants
logiques et analogiques
dans
des chaines d e mesure
(pH-mètre,
spectrophotomètre)
V. introduction à la
régulation.
Notion de système
commandé en chaine
fermée.
Schéma fonctionnel d'un
tel
système.
Connaitre les
caractéristiques d'un
inverseur logique simplifié.
Savoir établir les tables de
vérité de quelques
fonctions simples.
Savoir faire les câblages
correspondants
Savoir reconnaitre dans
un montage régulé les
fonctions simples de
l’électronique du
programme.
Savoir que la régulation
doit être faite autour du
point de fonctionnement
du
montage.
Cette étude doit être
simple et montrer
quelques exemples de
combinaison de
l'électronique analogique
et de l'électronique
digitale.
On utilise les fonctions de
l’électronique étudiée au
niveau d'une maquette
de boucle de régulation.
Cette étude ne sera faite
que pour des systèmes en
équilibre.
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TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE, ÉLECTRONIQUE,
INFORMATIQUE ET PHYSICO-CHIMIE
PROGRAMME INSTRUCTIONS ET COMMENTAIRES
I. Etude du matériel de mesure utilisé
au laboratoire:
Générateur BF, oscilloscopes.
Etude de circuits R, L, C, série en régime
sinusoïdal.
Etude d'un transformateur supposé
parfait.
Etude sommaire et applications de
quelques
capteurs et transducteurs.
Fonction redressement non commandé.
Fonction amplification.
Fonction régulation.
Il. Étude d'appareils d'analyse pris
dans la
liste ci-dessous.
principe et utilisation d'un:
- photomètre de flamme,
- spectrophotomètre d'absorption
atomique,
chromatographe en phase gazeuse,
- conductimètre,
- ionomètre.
Utilisation d'un polarographe.
Il est souhaitable que toute tette partie
du programme soit traitée en liaison avec
le cours d’électricité-électronique.
Ces TP permettent de retrouver les
fonctions précédentes dans les appareils
utilisés dans l'activité professionnelle du
secteur chimie.
Le choix prendra en compte le matériel
disponible.
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TRAVAUX PRATIQUES DE CHIMIE
(4 h hebdomadaires)
L’horaire de travaux pratiques de laboratoire est réparti en deux parties égales entre analyse quantitative et analyse organique et synthèse. Les techniques utiles d u laboratoire ayant été acquises en classe de Première, les séances d e T.P. ont pour but d e développer les savoir-faire expérimentaux e t l'autonomie d e s élèves dans les domaines d e I ‘analysé quantitative et de la synthèse. En particulier, on sera attentif à la précision et à la fiabilité des résultats quantitatifs, au rendement et aux critères de pureté en synthèse. Les Travaux Pratiques sont aussi un auxiliaire précieux à la compréhension d u tours correspondant. C' e s t pour quoi il e s t souhaitable q u ' u n même enseignant assure tours et TP. La structure « type TP » favorise cet échange qui conduit, au travers d'une approche expérimentale, à une meilleure appropriation des contenus théoriques o u à u n approfondissement technique o u documentaire. La mise à disposition d'ouvrages de référence ou recueils de données est souhaitable. Il convient, dans toute la mesure du possible, de tenir compte des méthodes modernes d'acquisition et de traitement des données. En conséquence, on utilisera de façon significative I ‘ordinateur comme outil de laboratoire. Le matériel possédant son propre système informatique d'acquisition et de traitement des données est également recommandé. Pour atteindre ces buts, il est nécessaire que les séances aient une durée de 3 heures o u 4 heures. Aussi peut-on imaginer que les 5 heures hebdomadaires correspondent en fait à 3 séances par quinzaine (une de 4 heures, deux de 3 heures). Le programme proposé est basé sur 48 séances annuelles.
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1. ANALYSE QUANTITATIVE
PROGRAMME
INSTRUCTIONS ET COMMENTAIRES
I. Matériel à utiliser: - balances de précision, - pH-mètre, potentiomètre, électrodes de différents types, - conductimètre, - spectrophotomètre, - matériel d'enregistrement, - micro-ordinateur, matériel d'interfaçage, capteurs, logiciels, banques de données. Il. Thèmes : Dosages: - acido-basiques: polyacides, polybases, mélanges, par pHmétrie, conductimétrie; - d'oxydoréduction: méthanal et propanone par iodométrie; potentiométri e: MnO-4 /Fe2+ Ce4+/Fe2+ I2 /S203
2- - par précipitation: électroargentimétrie: Br-; CI-; CI- t I conductimétrie: CI-. - par complexométrie: dureté de I’ eau dosages d e cations tek que: M$+, Ca", Zr2+, Pb2+, Ni2+ et de mélanges de cations. Cinétique: étude de deux cinétiques. Bpsctrophotométrfe: détermination du pk, d'un indicateur coloré, détermination d'une concentration (Mn2+
ou Fe2+). Résines échangeuses d'ions: séparation et dosage des constituants d'un mélange (ex. . . Fe3+ t Ni2+). Electrogravimétrie: Ni2+ et Cu2+. Analyse d'un corps gras: indice d'iode indice d'acide et de saponification.
A l'occasion de l'étude de chaque thème, le professeur sera amène: - a faire utiliser (o u réutiliser) plusieurs appareils. c'est à ce moment que I ‘on donnera les indications appropriées sur le matériel ou que l’on fera le lien avec ce qui est étudié en physique ; - à faire choisir et mettre en me un protocole de dosage (choix du produit, de l'indicateur, de la phase d'essai, des dilutions éventuelles); - à faire exprimer un résultat en fonction de la précision de la méthode, en s'assurant de la concordante; - à déterminer la valeur d'une constante &J&) à partir de la courbe de dosage A cote des mesures classiques d'analyse, on pourra utiliser I ‘outil informatique pour l'acquisition et le traitement des données.
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2. ANALYSE ORGANIQUE ET SYNTHÈSES Les préoccupations de sécurité seront intégrées à toutes les pratiques expérimentales
PROGRAMME
INSTRUCTIONS ET COMMENTAIRES
I. Identification des principales
fonctions d'une substance organique:
- par voie chimique - par voie spectroscopique (IR, UV, aperçu sur la RMN). Fonctions: - alcool - aldéhyde - cétone - amine - acide carboxylique - ester - liaison éthylénique.
II. Synthèses 4 ou 5 préparations monostades de chimie organique. 1 préparation minérale. 2 ou 3 synthèses multistades de chimie organique.
La caractérisation par voie chimique sera l'occasion de revoir et de mettre en application ce qui a été vu en tours. Il conviendra, pour l'infrarouge, d'utiliser des spectres. On analysera un ou deux spectres simples de RMN. L'UV sera utilisé le cas échéant pour le contrôle de structure à I ‘aide de tables. Ceci correspond à ce qui peut être fait en 3 ou 4 séances. On choisira les étapes préparatoires dans la liste suivante: oxydation, réduction, déshydratation, obtention d'esters, obtention de dérivés halogénés, nitration, réaction de Friedel et Krafts, diazotation, synthèse magnésienne, condensation en milieu alcalin, acyfation. On choisira les préparations de façon à ce que toutes les techniques vues en Première soient utilisées: - contrôle de pureté - distillation sous pression atmosphérique et sous pression réduite, - extraction, - entrainement à la vapeur, - contrôle chromatographique et spectroscopique. Les synthèses multistades occuperont environ la moitie des séances.
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Technologie et génie chimique Technologie et génie chimiques (4 h)
Atelier de génie chimique (3,5 h)
L'enseignement de la technologie et du génie chimique occupe environ un quart de I ‘horaire en
classe Terminale. Il est dispensé, comme en classe de Première, en groupe de TP et est illustré et
complété par une pratique en hall de génie chimique (groupe d'atelier).
L'horaire indiqué est hebdomadaire, la réalisation de Travaux Pratiques de génie chimique peut
nécessiter que les élèves soient sur les installations une journée complète par quinzaine.
S'appuyant sur les acquis des tours et Travaux Pratiques de Physique et de Chimie, intégrant les
évolutions technologiques et la pratique informatique, cet enseignement apparait comme une
zone privilégiée de synthèse et d'interdisciplinarité et un trait d'union fort entre formation initiale et
industrie. Il est à ce titre fondamental, tant en vue d'une poursuite d'études que d'une intégration
professionnelle au niveau IV.
Le programme est articulé autour de deux aspects principaux: I ‘organisation générale d'une usine
d'une part et le génie des procédés d'autre part. Dans les deux cas, il s'agit d'analyser les
contraintes techniques et de comprendre les choix effectués en fonction du but poursuivi.
Les problèmes liés à la sécurité et à I ‘environnement doivent être une préoccupation permanente.
Après une sensibilisation initiale, on donnera l'information nécessaire soit sous forme spécifique,
soit en liaison avec les activités expérimentales. La formation correspondante sera évaluée à
travers le comportement des élèves.
Les objectifs à atteindre et les notions indispensables à connaitre sont répertoriés paragraphe VII :
Sécurité. L'enseignement du schéma n'exclut pas, lorsque I ‘opportunité existe, I ‘utilisation de
logiciels simples de DAO.
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PROGRAMME EXIGENCES
ÉLÈVE INSTRUCTIONS
ET COMMENTAIRES
I. ORGANISATION
GÉNÉRALE D'UNE USINE CHIMIQUE
1. 2. Implantation d’une usine de produit chimique: conditions économiques, humaines, géographiques, techniques 1.2. organisation générale de I ‘usine: - Organigramme simple d'une entreprise moyenne - Différentes fonctions, différents services.
II. MATÉRIAUX Il.1. Rappels et compléments sur les matériaux: justification des choix. 11.2. Corrosion et protection.
III. GÉNIE CHIMIQUE ET DES PROCÉDÉS
Dette partie du programme a pour objectif d'étudier les principales techniques mises en œuvre dans 'industrie pour assurer: transferts de matière, transferts 'énergie, transformation de matière, contrôle et commande de grandeurs physico-chimiques. 111.1. Transport de matière. des solides: - continu mécanique, - continu pneumatique. des liquides: Connaitre et savoir utiliser la relation - relation fondamentale de Ap=hpg. I ‘hydrostatique - notions d'hydrodynamique *cas des fluides parfaits. *cas des fluides réels: - notion de perte de charge,
A partir d'une fiche technique, justifier le choix du matériau. Connaître les principes des méthodes de protection.
Savoir réaliser un dessin fonctionnel.
Connaitre les exigences de sécurité.
Connaitre et savoir utiliser la relation Ap=hpg.
distinguer pression absolue, pression effective (relative)
* Savoir appliquer la formule de Bernoulli à des situations concrètes: - débitmètre déprimogène, - monte jus.
Savoir identifier le
Cette étude s'appuiera, si possible, sur un exemple précis: compte tenu de la diversité des stations, il parait préférable de dégager les idées générales à partir de l'étude d'un cas choisi en liaison avec une industrie proche. Cette étude essentiellement technique s'appuiera sur des cas précis en particule rencontrés dans l'atelier de génie chimique; on insistera sur les points suivants :
- La multiplicité des matériaux disponibles fait que pour un problème donné il est possible, dans la plupart des cas, de trouver un matériau répondant aux exigences techniques et économiques.
- Il est impossible de m6moriser
les catachétiques physiques et chimiques des matériaux disponibles sur le marché mais on peut aisément avoir accès à la quasi totalité d’entre elles.
- Un matériau doit être utilisé dans
un certain domaine physique. En dehors de celui-ci la fiabilité peut être remise en cause.
Tout ceci sera traité en Liaison étroite avec le schéma. Le « dessin fonctionnel » désigne un schéma montrant le principe de fonctionnement de l’appareil. La formule de Bernoulli sera donnée. On indiquera qualitativement le sens
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- nombre de Reynolds. application aux pompes: - hauteur manométrique D’une pompe - puissance, - justification du choix. Des gaz: - compresseur et pompe a vide. 111.2. Production et transfert de chaleur. .* Production de chaleur: - les combustibles: définition, caractéristiques, principaux exemples; - production de la chaleur: - foyers pour combustibles solides - bruleurs pour combustibles liquides - bruleurs pour combustibles gazeux ; - les fours : - à combustible - à chauffage électrique. Transfert de chaleur: Le transfert de chaleur: - conduction: calculs de transfert de chaleur, - convection: calculs de transfert de chaleur, - notions de rayonnement, - applications, isolation, calorifugeage. Échangeurs:
- modes de fonctionnement expression du flux
mode d'écoulement en fonction de la valeur du nombre de Reynolds.
Savoir faire les calculs de perte de charge, les coefficients d e pertes de charges unitaires étant donné Savoir faire un dessin fonctionnel.
Savoir faire un dessin fonctionnel.
Savoir calculer la hauteur manométrique, la puissance utile, la puissance effective et le rendement d'une pompe, la hauteur manométrique maximale d'aspiration.
Connaitre les raisons du choix d'une pompe.
Savoir faire un dessin fonctionnel.
Connaitre les définitions du pci et du pcs d'un combustible. Savoir faire un dessin fonctionnel. Savoir calculer un flux thermique, une quantité de chaleur, une surface de
physique des différents termes. Dans ces deux exemples, on notera la différence entre les différents modes d'écoulement dans les travaux d'atelier. On utilisera des tableaux et abaques si nécessaire. On donnera les conversions d'unités utilisées. On reprendra l'étude de Première que L’on complétera en liaison avec les travaux pratiques. L'association de deux pompes sera essentiellement vue en TP. On signalera l'importance du phénomène de cavitation. rappel du programme de Première. On se limitera a la conduction à travers les solides. On se limitera à I ‘étude d'une surface plane. On donnera la formule utile. On utilisera les unités du système international. On abordera le cas de deux parois superposées. Pour la convection, on donnera la valeur du coefficient. On citera le rayonnement. On étudie qualitativement le cas du double tube axial. On donnera Ae,,,= AO,-A&/LogA8,/A02 On introduira le coefficient global d’échange. On fera le lien avec les TP. Ceci est en liaison avec le schéma et L’atelier de génie chimique. On ne demandera pas la représentation d’échangeurs * multiples passes *. En liaison directe avec le schéma et la régulation et en relation avec l'atelier de
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d’échange - quelques exemples d’échangeurs. Production de vapeur et utilisation: * Constantes et formules relatives à la vapeur d'eau. Le générateur de vapeur. Echangeurs avec changement d'état: condenseurs et bouilleurs. Production du froid et utilisation: Machine frigorifique par compression. Exemples d'application du froid. les Fluides thermiques: - caractéristiques et utilisations. 111.3. Réacteurs Réacteur de type Grignard et
transfert. On utilisera I ‘expression +=&S,As où K,est le coefficient de transmission thermique globale surfacique. Savoir distinguer co-courant et contre-courant. Savoir utiliser les courbes d’évolution des températures pour déterminer l’écart moyen de température entre les deux fluides. Savoir calculer un flux, une quantité de chaleur, une surface de transfert pour un échangeur. Savoir représenter différents types d'échangeurs: - double enveloppa, - tubes axiaux, - faisceau tubulaire. Connaitre le vocabulaire (capacités thermiques, enthalpie de vaporisation, température de changement d'état, pression de vapeur saturante). Savoir calculer une quantité de chaleur lors d'un changement d'état, d'un chauffage ou d'un refroidissement.
génie chimique. Ceci peut être fait avec professeur au tours d'un TP. Sans que cela soi exigible des élèves, on introduira le coefficient de performance d'une pompa à chaleur. On citera en particulier l'utilisation de l'air liquide. On se limitera au réacteur de type Gd gnard. Dans l’étude des équipements de réacteurs on insistera sur : - le chauffage et le refroidissement; - l‘agitation (on citera les principaux modes d'agitation); - les dispositifs d étanchéité (pour
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ses équipements. 111.4. Opérations unitaires
Retour sur les techniques de séparation vues en classe de Première
Filtration Sédimentation et décantation * Centrifugation - application à la décantation: centrifugeuse;
Savoir distinguer vapeur saturante et surchauffée, la pression et la température étant données. Savoir réaliser un dessin fonctionnel d'un générateur à tubes d'eau en précisant les accessoires de contrôle et de sécurité. Savoir faire un dessin fonctionnel. * Savoir justifier la position des échangeurs et les entrées et sorties des fluides. Connaitre le cycle du fluide frigorigène. Savoir faire un dessin fonctionnel. Savoir faire un bilan thermique sur une partie de l'appareil. Justifier le choix d'un fluide thermique. Justifier le choix des équipements en fonction du procédé
l'utilisation sous vide et sous pression moyenne, au couvercle et à l'arbre de transmission de l'agitateur); - I ‘introduction des r&tifs solides, liquides ou gazeux (on évoquera le problème des temps de séjour); - la vidange; - le travail à reflux; - les instruments de contrôle et de régulation; - la sécurité. Toute étude de type encyclopédique est totalement exclue. On partira, pour chacune des rubriques traitées ici, d'un ou deux exemples à partir desquels on fera apparaitre la méthodologie mise en œuvre et les lois physico-chimiques appliquées. L’étude des différentes opérations unitaires doit confondre l’établissement de bilans matière et de bilans énergétiques. L'analyse des facteurs est faite sans calculs. L’étude des milieux filtrants comporte celle des adjuvants de filtration. Pour les techniques mises en œuvre on cite gravité, pression accrue et pression réduite. Les appareillages décrits comprennent un filtre fonctionnant par gravite un filtre discontinu fonctionnant sous pression accrue et sous pression réduite, un filtre continu. L'analyse des facteurs est faite de manière qualitative, sans calculs; on signalera leur influence sur la vitesse limite de chute. On donne le principe de la décantation continue et discontinue. Par contre en ce qui concerne I ‘appareillage, on traite seulement la décantation continue pour une émulsion (florentin) et pour une suspension.
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- application à la filtration : essoreuse Dépoussiérage des gaz: techniques mises en œuvre et appareillage. Fragmentation des solides et classement mécanique. Distillation. Retour sur les bases théoriques développées en Première. Notion sur les méthodes simples de calcul des colonnes: méthode de Mac Cabe et Thiele à reflux total. Notion de taux de reflux. Appareillage industriel: schéma d'ensemble d'une installation fonctionnant en discontinu et d'une installation fonctionnant en continu.
Expliquer le fonctionnement à partir du schéma d’un filtre et de ses équipements. En fonction des objectifs opératoires, justifier le choix d'un filtre. Connaitre principe et schéma du florentin. Savoir calculer la hauteur du florentin en fonction de la position de l'interphase. Connaitre la définition d'un titre massique. Les schémas étant donnés, décrire le fonctionnement.
L'étude reste, ici aussi, qualitative. On décrit une centrifugeuse discontinue pour suspension, une centrifugeuse continue pour suspension. En ce qui concerne l'essorage on traite une essoreuse en discontinu et une essoreuse séquentielle. Séparation mécanique: traiter un ou deux appareils dont le cyclone. Séparation par filtration: un appareil. Par pulvérisation: un appareil. Electrostatique: traiter l'appareil à tubes ou l’appareil à plaques. Comme procédé on cite la compression, les chocs, les actions combinées. Les étapes de la fragmentation sont le concassage, la granulation-broyage, la pulvérisation- micronisation. On traite brièvement un appareil permettant de réaliser chaque étape, sans oublier les problèmes de sécurité qui se posent. On traite d'un appareil servant au classement mécanique. La base de la théorie a été traitée en Première. Il ne sera pas inutile de la reprendre ici en la complétant. On se limitera à ce sujet aux points suivants: Courbes isobares de mélanges azéotropiques. Définition des coefficients de volatilité absolue et relative. Détermination graphique du nombre de plateaux théoriques à reflux total par la méthode de Mac Cabe et Thiele. Calcul de la hauteur équivalente à un plateau théc4ique. A l'occasion des Travaux Pratiques, on fera remarquer les différences entre les
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Evaporation: - simple effet, - effet multiple, - description de deux exemples d'appareils.
Cristallisation: techniques mises en œuvre et appareillage.
Séchage par
* Connaitre la notion de vapeur saturante. Connaitre la définition de la fraction molaire. Savoir lire et utiliser un diagramme isobare: pour une composition donné d'une phase, trouver la température d'équilibre et la composition de l'autre phase. Savoir comment évoluent température et composition des deux phases le long d'une colonne à reflux total. A partir de données concernant
comportements réels à reflux donné et à reflux total. L'appareillage comprend: Chaudière ou bouilleur (interne ou externe) Colonne à plateaux: décrire trois types de plateaux ; Colonne à garnissage: décrire une colonne et donner deux exemples de garnissages industriels. Système de rétrogradation à condensation partielle (déflegmateur) et à condensation totale (condenseur). Appareils de transfert de chaleur: préciser leur rôle et mentionner les types les plus u d i i . Instrumentation: contrôle, régulation, sécurité. En schéma on étudiera des colonnes à rectifier en discontinu et en continu, sous pression atmosphérique et sous pression réduite. Parmi les techniques mises en œuvre on cite évaporation à température ordinaire, l'évaporation par chauffage sans ébullition et avec ébullition, sous pression réduite et sous pression atmosphérique. On donne le principe de l'évaporation à multiples effets, en précisant son avantage par rapport à l’évaporation à simple effet. On décrit ensuite deux appareils industriels au choix.
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évaporation. différentes méthodes: - par séchage à l'air; - sous vide; - atomisation, pulvérisation.
l'équilibre liquide-vapeur d'un mélange zéotropique, construire le diagramme de Mac Cabe et Thiele à reflux total. L’utiliser pour déterminer graphiquement le nombre de plateaux théoriques. Connaitre la définition du taux de reflux: R = L/D Savoir schématiser une installation de distillation fonctionnant en continu et en discontinu, sous pression atmosphérique et sous pression réduite. Savoir placer les accessoires de contrôle, régulation et sécurité Savoir faire un bilan massique, un bilan thermique sans recyclage, dans le cas d'un évaporateur à simple effet. Savoir schématiser un évaporateur à simple effet. le schéma étant
On traitera les méthodes par ensemencement, par concentration, par refroidissement. On décrira le phénomène de blindage. On justifie le rôle de l'agitation, de la vitesse de refroidissement. Dans le cas de cristaux solvates, le Man massique ne donnera pas lié à question au baccalauréat. On décrira un appareil par refroidissement et un évaporateur concentrateur par ébullition sous pression réduite. on définira le taux d'humidité pour un échantillon donné: On décrira un séchoir fonctionnant en continu et en discontinu.
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donné, expliquer le principe de fonctionnement d'un évaporateur à simple effet ou a effets multiples. Savoir utiliser les courbes donnant la solubilité en fonction de la température. Savoir faire un bilan massique dans le cas de cristaux non solvatés. Le schéma étant donné, expliquer le principe de fonctionnement d'un cristalliseur. La définition de l‘humidité et ses valeurs initiale et finale étant donnés, savoir faire le bilan massique. Savoir schématiser un séchoir en continu et ses accessoires.
IV. CONTROLE ET RÉGULATION EN GÉNIE CHIMIQUE
IV.1. Mesures. Rappels de Première: Mesure des volumes, des masses, des débits, des pressions, des températures N.2. Boucle de régulation simple:
Connaitre les un& des grandeurs mesures.
Savoir effectuer une lecture.
Dans toute cette étude, on s'attachera à préciser le rôle des régulations et des mesures en liaison avec le procédé de fabrication. On en parlera donc chaque fois que l’occasion se présentera et on justifiera ainsi intérêt ou nécessité La mesure est une activité que le chimiste pratique constamment. Après une présentation générale des techniques mises en jeu, on aura, durant toute l'année, l’occasion de perfectionner savoir faire des élèves.
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- description d'une boucle simple. - Exemple de régulation: Tout ou rien, * PD. 1v.3. capteurs. Mise en œuvre des capteurs de: - température, - pression, - niveau, - vitesse de rotation, - débit, - densité, - pH. IV.4. Actionneurs.
* Le schéma d'une boucle étant donné, savoir identifier: - grandeur à régler, - grandeur perturbatrice, - grandeur régnante, - consigne. Sur le même dispositif, identifier: - capteur(S), - transmetteur(s), - régulateur(S), - actionneur(s). Savoir, sur le schéma de fabrication, placer les capteurs nécessaires au contrôle et à la régulation. Savoir, sur les schémas de fabrication, placer les actionneurs nécessaires.
On se limitera à un exempte simple. En montrant les insuffisances d'une action tout ou rien,, on montrera qualitativement l’intérêt d'une action proportionnelle et d'une action intégrale. On se limitera a signaler le rôle d'une action dérivée. On pourra éventuellement simuler les courbes de réponses correspondant aux différents modes de régulation. A partir de situations rencontrées en génie chimique, identifier, le choix et l’emplacement d'un capteur. On pourra analyser en Travaux Pratiques les conditions de fonctionnement de capteurs plus spécifiques. Toute étude de type encyclopédique est totalement exclue. On se réfère, si besoin est, à la documentation technique fournie. Sur les installations rencontres, on identifiera les actionneurs, on précisera leur rôle, on justifiera leur emplacement.
V. SCHÉMA
Etude des différents types de schémas: schéma de principe, schéma de procédé; schéma d'appareillage, schéma détaillé de fabrication.
Savoir utiliser les différents types de schémas.
L'enseignement du schéma est intégré à la technologie. Les normes étant fournies, le rôle des élèves consiste à représenter
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l'installation d'après une description détaillée. Leur travail se borne à la mise en place d'appareils de mesure ou de sécurité mais aussi, éventuellement à la résolution de problèmes simples d'implantation relative et de raccordement des appareillages. Dans la réalisation de schémas on intégrera l'étude de boucles de régulation. En aucun l’élève n'aura à concevoir tout ou partie d'une chaine de fabrication.
VI. ACTIVITES D'ATELIER DE GÉNIE CHIMIQUE
Vl.1. Opérations simples de Génie chimique: - Réglage d'un chauffage selon un programme établi. - Influence du taux de reflux sur le fonctionnement d'une colonne. - Bilan thermique d'un appareil de réaction ou d'un appareil de distillation. - Transferts thermiques. - Etude de pompes. - Dynamique des fluides. Vl.2. Opérations simples de synthèses organiques et minérales. Vl.3. Opérations élémentaires de purification: - Cristallisations avec contrôle de la qualité des produits. - Distillation; rectifications sous pression atmosphérique et sous pression réduite. - Entrainement à la vapeur d'eau. - Evaporation, concentration. - Traitement de l'eau. - Filtration. Vl.4. Conduite de postes équipés d e régulations automatique: réglage des actions, compréhension d'une régulation simple (PI D).
Ce type de formation est destiné à former des techniciens pouvant ultérieurement travailler en demi-grand ou en production. En conséquence, il convient de travailler avec du matériel de type industriel, sur des problèmes concrets, en faisant acquérir les habitudes de travail nécessaires. Il est donc nécessaire d’organiser, si possible, des séquences de sept heures avec passage de consignes et établisse ment d'un cahier de poste. Les problèmes posés par le changement d’échelle seront bien entendu expliqués. Enfin on veillera à faire acquérir les règles de sécurité et les comportements qui découlent de leur respect. Le fait de travailler dans des conditions proches de celles de l’industrie implique, compte tenu des acquis des élèves, de disposer d’équipements modernes, Sûrs, pédagogiquement adaptés En conséquence le matériel devra respecter Les conditions d'hygiène et sécurité conformément a la législation en vigueur.
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VII. SÉCURITÉ
INSTRUCTIONS ET COMMENTAIRES Les préoccupations de sécurité sont intégrées à toutes les pratiques expérimentales. Les travaux pratiques, en particulier ceux de génie chimique, permettent des études de cas car ils reproduisent des situations professionnelles. Les objectifs de formation sont les suivants: Mettre en œuvre une méthode d'analyse à posteriori des risques liés à une manipulation ou à une activité : - Inventaire correct et exhaustif des réactifs utilisés et des produits susceptibles d'être obtenus; - description des différentes catégories de risques encourus: risques chimiques, risques électriques, risques liés à L’utilisation de machines et d'appareils. Mettre en œuvre une méthode d'analyse u a posteriori m des risques: analyse des incidents et accidents survenus dans des manipulations ou activités du même type et mise en évidence logique et argumentée de facteurs potentiels d'accidents. Répertorier les textes réglementaires, les normes, les recommandations, les « Bonnes Pratiques de Laboratoires, les règlements intérieurs qui s'appliquent à une manipulation ou à une situation donnée. La Prévoir les mesures de sécurité conformes au diagnostic réalisé pour la manipulation ou l'activité envisagée. Prendre des mesures de sauvegarde adaptées en cas de dysfonctionnement et de danger: arret immédiat des appareils et des installations, neutralisation ou destruction ou évacuation des produits. Savoir donner l'alerte en cas d'accident. Savoir protéger du sur accident et transmettre l'alerte aux services de sauvetage-secours et de soins adaptés. Savoir intervenir en cas de brûlure par flamme ou de projections de produits corrosifs. Estimer les conséquences possibles sur l'environnement.
PROGRAMME EXIGENCES ÉLÈVE
I. Cadre juridique et social 1.1. Définition des accidents du travail et des maladies professionnelles 1.2. Structures administratives et procédures: - pouvoirs publics, - sécurité sociale, - gestion des accidents du travail et des maladies professionnelles dans l'entreprise, - identification et rôle des différentes instances de prévention dans l'entreprise (chef d'entreprise, services médicaux du travail, CHSCT),
Définir les termes suivants: - incendie (triangle du feu), - explosion: notion de UE (Limite Intérieure d'Explosibilité) et de LSE (Limite Supérieure d'Explosibilité), - produit inflammable, - produit comburant, - produit explosif. Indiquer les différentes voies de pénétration dans l'organisme (voies digestive, percutanée et pulmonaire). Classer les différentes catégories de produits par rapport à leurs effets physiologiques: irritants, corrosifs,toxiques, allergisants, cancérogènes, tératogènes. Présenter sommairement le rôle d'un explosimètre et d'un analyse d'oxygène.
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- procédure de déclaration d'un accident du travail, d'une maladie professionnelle d'une maladie à caractère professionnel. Il. Le risque chimique 11.1. Définitions Il.1 .1. Le risque incendie ou explosion 11.1.2. Le risque d'altération de la santé 11.2. Détection et mesure 11.2.1. Le risque d'incendie et d'explosion 11.2.2. Le risque d'altération de la santé 11.3. Prévention 11.3.1. Prévention du risque d’incendie ou d’explosion. 11.3.2. Prévention du risque d'altération de la santé: - prévention intégrée: choix d'un produit, éloignement des opérateurs, automatisation..., - protection collective: captage à la source, ventilation, - protection individuelle: gants, lunette, bottes, vêtements, appareils respiratoires anti gaz et anti-poussière, - prévention et surveillance médicale. - prévention intégrée: choix d'un produit, éloignement des opérateurs, automatisation..., - protection collective: captage à la source, ventilation, Ill. Le risque physique Ill.1. Risques physiologiques 111.2. Source du risque 111.3. Prévention 111.3.1. Textes réglementaires: 111.3.2. Protection contre les risques de contact direct 111.3.3. Protection contre les risques de contact indirect 111.3.4. Mesures à prendre en
* A partir d'exemples de produits utilisés dans la profession: - lire et interpréter une étiquette nominalisée, - commenter une fiche toxicologique. Présenter les différents types d'extincteurs. A partir d e l'expo& d'un cas concret, choisir l'extincteur approprié à une classe de feu; justifier le Choix A partir de la relation de cas concrets ou l‘examen des dispositions prises en travaux pratiques technologiques, analyser les mesures de prévention adoptées Répertorier les différentes manifestations dues au passage du courant à travers le corps humain: picotement, secousse, brulure, tétanisation, fibrillation du cœur, électrocution. Enoncer et justifier les différents facteurs à prendre en compte: - seuil dangereux de l'intensité, - variation de la résistance du corps humain (notion de Très Basse Tension de Sécurité TBTS), - durée du contact électrique, - trajet du courant électrique. Répertorier les sources de risque: - contact direct: - contact indirect: - cas particulier d’électricité statique. A partir de l'analyse d'extraits de textes réglementaires, justifier les mesures de prévention envisagées dans une situation donnée. Indiquer et justifier les différentes mesures de prévention: mise hors de portée par éloignement, par obstacle, par isolation; consignes avant intervention. Indiquer et justifier les différentes mesures de prévention: inaccessibilité des masses, mise à la terre des masses. Indiquer les différentes mesures de prévention: examen de l'état apparent du matériel, contrôle de la maintenance, usage conforme à l'utilisation prévue. Pour un matériel donné, identifier la ou les sources de risque mécanique. Sur un matériel donné, repérer le ou les dispositif de sécurité.
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cas d'utilisation d'appareils électriques N. Les risques liés à l'utilisation de machines IV.1. Identification des risques IV.2. Prévention V. Les risques lié à I ‘activité physique de l’opérateur v.1.Différents types des risques: V.2. Prévention * Indiquer et justifier les mesures de prévention
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Mathématiques
(4 h dont 1h de TD) L’enseignement des mathématiques au collège et au lycée a pour but de donner à chaque élève la culture mathématique indispensable à sa vie de citoyen et les bases nécessaires à son projet de poursuite d’études. Le cycle terminal de la série STL permet l’acquisition d’un bagage mathématique qui favorise une adaptation aux différents cursus accessibles aux élèves, en développant leurs capacités à mobiliser des méthodes mathématiques appropriées au traitement de situations scientifiques et technologiques et, plus largement, en les formant à la pratique d’une démarche scientifique. L’apprentissage des mathématiques cultive des compétences qui facilitent une formation tout au long de la vie et aident à mieux appréhender une société en évolution. Au-delà du cadre scolaire, il s’inscrit dans une perspective de formation de l’individu. Objectif général
Outre l’apport de nouvelles connaissances, le programme vise le développement des compétences suivantes : • mettre en œuvre une recherche de façon autonome ; • mener des raisonnements ; • avoir une attitude critique vis-à-vis des résultats obtenus ; • communiquer à l’écrit et à l’oral. Mise en œuvre du programme Le programme s’en tient à un cadre et à un vocabulaire théorique modestes, mais suffisamment efficaces pour l’étude de situations usuelles et assez riches pour servir de support à une formation solide. Les enseignants de mathématiques doivent avoir régulièrement accès aux laboratoires afin de favoriser l’établissement de liens forts entre la formation mathématique et les formations dispensées dans les enseignements scientifiques et technologiques. Cet accès permet de : • prendre appui sur les situations expérimentales rencontrées dans ces enseignements ; • connaître les logiciels utilisés et l’exploitation qui peut en être faite pour illustrer les concepts mathématiques ; • prendre en compte les besoins mathématiques des autres disciplines. Utilisation d’outils logiciels
L’utilisation de logiciels, d’outils de visualisation et de simulation, de calcul (formel ou scientifique) et de programmation change profondément la nature de l’enseignement en favorisant une démarche d’investigation. En particulier lors de la résolution de problèmes, l’utilisation de logiciels de calcul formel peut limiter le temps consacré à des calculs très techniques afin de se concentrer sur la mise en place de raisonnements. L’utilisation de ces outils intervient selon trois modalités : • par le professeur, en classe, avec un dispositif de visualisation collective ; • par les élèves, sous forme de travaux pratiques de mathématiques ; • dans le cadre du travail personnel des élèves hors de la classe. Raisonnement et langage mathématiques Comme en classe de seconde, les capacités d’argumentation et de logique font partie intégrante des exigences du cycle terminal. Les concepts et méthodes relevant de la logique mathématique ne font pas l’objet de cours spécifiques mais prennent naturellement leur place dans tous les champs du programme. Il convient cependant de prévoir des temps de synthèse.
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De même, le vocabulaire et les notations mathématiques ne sont pas fixés d’emblée, mais sont introduits au cours du traitement d’une question en fonction de leur utilité. Diversité de l’activité de l’élève
Les activités proposées en classe et hors du temps scolaire prennent appui sur la résolution de problèmes essentiellement en lien avec d’autres disciplines. Il convient de privilégier une approche des notions nouvelles par l’étude de situations concrètes. L’appropriation des concepts se fait d’abord au travers d’exemples avant d’aboutir à des développements théoriques, à effectuer dans un deuxième temps. De nature diverse, les activités doivent entraîner les élèves à : • chercher, expérimenter, modéliser, en particulier à l’aide d’outils logiciels ; • choisir et appliquer des techniques de calcul ; • mettre en œuvre des algorithmes ; • raisonner et interpréter, valider, exploiter des résultats ; • expliquer oralement une démarche, communiquer un résultat par oral ou par écrit. Des éléments d’histoire des mathématiques, des sciences et des techniques peuvent s’insérer dans la mise en œuvre du programme. Connaître le nom de quelques scientifiques célèbres, la période à laquelle ils ont vécu et leur contribution, fait partie intégrante du bagage culturel de tout élève ayant une formation scientifique. Les travaux hors du temps scolaire sont impératifs pour soutenir les apprentissages des élèves. Fréquents, de longueur raisonnable et de nature variée, ces travaux sont essentiels à la formation des élèves. Ils sont conçus de façon à prendre en compte la diversité des aptitudes des élèves. Les modes d’évaluation prennent également des formes variées, en phase avec les objectifs poursuivis. En particulier, l’aptitude à mobiliser l’outil informatique dans le cadre de la résolution de problèmes est à évaluer. Organisation du programme Le programme fixe les objectifs à atteindre en termes de capacités. Il est conçu pour favoriser une acquisition progressive des notions et leur pérennisation. Son plan n’indique pas la progression à suivre, cette dernière devant s’adapter aux besoins des autres enseignements. À titre indicatif, on pourrait consacrer environ 70% du temps à l’analyse. Les capacités attendues dans le domaine de l’algorithmique d’une part et du raisonnement d’autre part sont rappelées en fin de programme. Les exigences doivent être modestes et conformes à l’esprit de la filière. Les commentaires notés � distinguent des thèmes pouvant se prêter à des ouvertures interdisciplinaires, en concertation avec les professeurs d’autres disciplines scientifiques.
1. Analyse
On poursuit, en classe terminale, l’apport d’outils permettant de traiter un plus grand nombre de problèmes relevant de la modélisation de phénomènes continus ou discrets. Le travail sur les suites géométriques et les fonctions exponentielles permet de s’interroger sur le passage du discret au continu et inversement, variant ainsi les approches des problèmes et les modes de résolution. Cette partie est organisée selon quatre objectifs principaux : • Consolider l’ensemble des fonctions mobilisables. On enrichit cet ensemble de nouvelles fonctions de référence : les fonctions logarithmes, exponentielles et puissances. • Travailler la notion de limite. En classe de première, l’étude des suites a été l’occasion de découvrir la notion de limite. En classe terminale, la notion de limite est vue à travers celle des suites géométriques puis celle des fonctions, sans qu’aucune formalisation ne soit attendue. Cette étude, tant pour ces suites que pour les fonctions, demande à être accompagnée d’une approche graphique et numérique et à s’appuyer sur des situations variées issues des autres disciplines.
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Les objectifs essentiels sont la compréhension de cette notion ainsi que la recherche éventuelle de seuils ; la pratique de la recherche de limites n’a pas à être développée. • Introduire le calcul intégral. La notion d’intégrale est introduite à partir de celle d’aire. Le calcul intégral, bien que modestement développé, se révèle un outil efficace tant en mathématiques que dans les autres disciplines. • Découvrir la notion d’équation différentielle. La notion d’équation différentielle est introduite et travaillée dans le cadre de situations variées, par exemple les phénomènes d’évolution dans le monde du vivant, les phénomènes de saturation ou la cinétique chimique. Le programme propose l’étude d’une équation différentielle simple du premier ordre mais, selon les besoins des autres disciplines, on peut en étudier d’autres. L’accent est mis sur la diversité des approches numérique et graphique qui contribuent à l’appropriation des concepts mathématiques.
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2. Statistique et probabilités
En statistique et probabilités, on approfondit le travail mené les années précédentes en l’enrichissant selon trois objectifs principaux : • Élargir la statistique descriptive à l’étude de séries de données quantitatives à deux variables. C’est un outil très utilisé dans d’autres disciplines pour analyser, interpréter et prévoir. • Découvrir et exploiter des exemples de lois à densité. On aborde ici le champ des problèmes à données continues. La loi uniforme fournit un cadre simple pour découvrir le concept de loi à densité et les notions afférentes. Le travail se poursuit dans le cadre des lois exponentielle et normale où le lien entre probabilité et aire est consolidé. La loi normale, fréquemment rencontrée dans les autres disciplines, doit être l’occasion d’un travail interdisciplinaire. • Compléter la problématique de la prise de décision par celle de l’estimation par intervalle de confiance. On s’appuie sur la loi normale et, en mathématiques, on se limite au cadre d’une proportion. Toutefois, la pertinence des méthodes statistiques utilisées dans les disciplines scientifiques et technologiques, en particulier l’estimation d’une moyenne, peut s’observer par simulation. Dans cette partie, le recours aux représentations graphiques et aux simulations est indispensable.
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Algorithmique En seconde, les élèves ont conçu et mis en œuvre quelques algorithmes. Cette formation se poursuit tout au long du cycle terminal. Dans le cadre de cette activité algorithmique, les élèves sont entraînés à : • décrire certains algorithmes en langage naturel ou dans un langage symbolique ; • en réaliser quelques-uns à l’aide d’un tableur ou d’un programme sur calculatrice ou avec un logiciel adapté ; • interpréter des algorithmes plus complexes. Aucun langage, aucun logiciel n’est imposé. L’algorithmique a une place naturelle dans tous les champs des mathématiques et les problèmes posés doivent être en relation avec les autres parties du programme (algèbre et analyse, statistiques et probabilités, logique), mais aussi avec les autres disciplines ou le traitement de problèmes concrets. À l’occasion de l’écriture d’algorithmes et de programmes, il convient de donner aux élèves de bonnes habitudes de rigueur et de les entraîner aux pratiques systématiques de vérification et de contrôle. Instructions élémentaires (affectation, calcul, entrée, sortie)
Les élèves, dans le cadre d’une résolution de problèmes, doivent être capables : • d’écrire une formule permettant un calcul ; • d’écrire un programme calculant et donnant la valeur d’une fonction, ainsi que les instructions d’entrées et sorties nécessaires au traitement.
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Boucle et itérateur, instruction conditionnelle
Les élèves, dans le cadre d’une résolution de problèmes, doivent être capables de : • programmer un calcul itératif, le nombre d’itérations étant donné ; • programmer une instruction conditionnelle, un calcul itératif, avec une fin de boucle conditionnelle. Notations et raisonnement mathématiques
Cette rubrique, consacrée à l’apprentissage des notations mathématiques et à la logique, ne doit pas faire l’objet de séances de cours spécifiques mais doit être répartie sur toute l’année scolaire. Notations mathématiques Les élèves doivent connaître les notions d’élément d’un ensemble, de sous-ensemble, d’appartenance et d’inclusion, de réunion, d’intersection et de complémentaire et savoir utiliser les symboles de base
correspondants : ∈, ⊂, ∪ , ∩ ainsi que la notation des ensembles de nombres et des intervalles. Pour le complémentaire d’un ensemble A, on utilise la notation des probabilités A . Pour ce qui concerne le raisonnement logique, les élèves sont entraînés sur des exemples à : • utiliser correctement les connecteurs logiques « et », « ou » et à distinguer leur sens des sens courants de « et », « ou » dans le langage usuel ; • utiliser à bon escient les quantificateurs universel, existentiel (les symboles ∀, ∃ ne sont pas exigibles) et repérer les quantifications implicites dans certaines propositions et, particulièrement, dans les propositions conditionnelles ; • distinguer, dans le cas d’une proposition conditionnelle, la proposition directe, sa réciproque, sa contraposée et sa négation ; • utiliser à bon escient les expressions « condition nécessaire », « condition suffisante » ; • formuler la négation d’une proposition ; • utiliser un contre-exemple pour infirmer une proposition universelle ; • reconnaître et utiliser des types de raisonnement spécifiques : raisonnement par disjonction des cas, recours à la contraposée, raisonnement par l’absurde.
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OPTION BIOCHIMIE – GENIE BIOLOGIQUE
Cours de Biochimie
(3 h de cours hebdomadaires)
I. Objectifs
Cet enseignement doit s'efforcer :
De mettre en évidence les caractéristiques structurales des composés biochimiques étudiés afin de faciliter la compréhension de leur nomenclature, de leur classification et des principes des technologies biochimiques mises en œuvre pour leur préparation et leur analyse.
De faire comprendre les transformations chimiques qui se déroulent au sein de la matière vivante, leurs finalités et leurs interrelations.
De dégager les principes des technologies biochimiques sur la préparation et l'analyse du matériel biologique et de prolonger ainsi ou de renforcer les connaissances acquises en classe de première.
De contribuer à l'acquisition d'objectifs communs à toutes les disciplines scientifiques : acquisition d'une démarche scientifique, logique du raisonnement, rigueur de l'écriture et de l'expression scientifique
PROGRAMME
Thème 1 : Biochimie structurale 30h Chapitre 1 : Les glucides Chapitre 2 : Les lipides Thème 2 : Enzymologie 25h Chapitre1 : Catalyse enzymatique Chapitre2 : Nature biochimique et structure des enzymes Chapitre 3 : Cinétique de la réaction enzymatique Chapitre 4 : Coenzymes Chapitre 5 : Classification des enzymes Chapitre 6 : Applications de l'enzymologie Thème 3 : Le métabolisme énergétique 20h Chapitre 1 : Energétique des réactions biochimiques Chapitre 2 : Production d'énergie: le catabolisme Thème 4 : Intégration et régulations métaboliques 15h Chapitre 1 : La régulation des flux métaboliques : les échanges membranaires. Chapitre 2 : Intégration du métabolisme Chapitre 3 : Régulations métaboliques
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Curriculum
Thème 1 : Biochimie structurale 30h
Objectif terminale : l’élève doit être capable d’établir le lien entre la structure et les propriétés
physico-chimiques des glucides et des lipides.
Chapitre 1 : Les glucides
Objectif général : Etablir la structure du glucose en liaison avec l'étude de ses propriétés
physiques et chimiques.
Plan Objectifs
intermédiaires
Activités Durée
I. Oses
1. Glucose: structure et propriétés
2. Classification des oses 3. Principaux oses:
galactose, fructose, ribose
4. Dérivés d'oses
.
Définir les formes pyraniques alpha et béta et les formes furaniques du glucose. Décrire les propriétés du glucose en privilégiant celles qui ont un intérêt analytique. Présenter les critères de la classification des oses Comparer les structures du galactose du fructose, du ribose à celles du glucose
16h
II. Osides
1. Liaison osidique 2. Classification des
osides 3. Principaux diholosides a. Saccharose b. Lactose c. Maltose 4. Principaux
polyholosides: a. Amidon b. Glycogène c. Cellulose 5. Hétérosides: exemples
Définir la liaison osidique. Présenter des exemples diversifiés de liaison osidique combinant divers oses et impliquant soit deux hydroxyles hémiacétaliques, soit un hydroxyle hémiacétalique avec un hydroxyle alcoolique. Repérer à l'aide d'arguments expérimentaux les hydroxyles participant à la liaison osidique. Dégager les critères de la classification des osides Inventorier les principaux diholosides et polyholosides en indiquant leurs oses constitutifs, la nature de la liaison osidique et leurs propriétés essentielles. Mettre en évidence les relations entre structures et propriétés. Indiquer la
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répartition des diholosides et polyholosides étudiés dans le monde vivant en évoquant sommairement leur rôle Définir les hétérosides. Donner un exemple simple d'hétéroside
III. Méthodes d'analyse des glucides
1. Extraction, fractionnement et purification.
2. identification et dosage :
a. méthodes physiques b. chimiques c. photométriques d. chromatographiques e. enzymatiques
En relation avec les propriétés physiques et chimiques décrites et les exposés préparatoires aux travaux pratiques technologiques, préciser les principes, l'intérêt et les limites des méthodes d'extraction, de fractionnement, de purification, d'identification et de dosage appliqués aux glucides
Chapitre 2 : Les lipides
Objectif général : Dégager les caractères physiques communs aux lipides Donner les bases de la classification chimique des lipides
Plan Objectifs
intermédiaires
Activités Durée
I. Définition des lipides
Dégager les caractères physiques communs aux lipides Donner les bases de la classification chimique des lipides Définir la notion d'insaponnifiable.
14h
II. Classification des lipides
1. Constituants des lipides
Décrire les caractéristiques des acides gras naturels. Donner leur
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a. acides gras naturels :
structure
exemples et propriétés
b. glycérol
2. Principaux groupes de lipides a. lipides simples ou homolipides
glycérides: structure, propriétés et répartition
stérides b. Lipides complexes ou
hétérolipides: lécithines et myélines
c. Lipides isopréniques:
cholestérol
acides biliaires
vitamines D
hormones stéroïdes
classification en fonction de leur degré d'insaturation et illustrer par des exemples. Présenter les propriétés physiques et chimiques des acides gras en privilégiant celles qui ont un intérêt analytique.
Décrire la structure et les principales propriétés physiques et chimiques du glycérol: miscibilité à l'eau, estérification, déshydratation. Présenter la structure générale des glycérides et les propriétés physiques et chimiques en privilégiant celles qui ont un intérêt analytique ou industriel : état, solubilité, hydrolyse et saponification, addition d'hydrogène ou d'halogène, rancissement et siccativité. Citer des applications analytiques ou industrielles: extraction des lipides, détermination des indices d'acide, de saponification et d'Iode, fabrication de savons, protection contre le rancissement Définir les stérides Situer lécithines et myéline dans la classification des lipides complexes: glycérophosphatides et sphingolipides,
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Définir un lipide isoprénique. Préciser le rôle biologique du cholestérol. Indiquer succinctement les rôles biologiques des acides biliaires, des vitamines D et des hormones stéroïdes.
III. Les architectures moléculaires lipoprotéiques 1. les lipoprotéines
a. Constitution et structure b. Classification
2. les membranes biologiques
Schématiser la structure d'une lipoprotéine en identifiant ses principaux constituants lipidiques et protéiques.
Schématiser la structure des membranes biologiques en faisant apparaître leurs différents constituants, en signalant la fluidité de l'agencement des molécules constitutives et en dégageant l'importance des membranes dans la compartimentation cellulaire
IV. Méthode d'analyse des lipides
1. Extraction, fractionnement et purification
2. Identification et dosage : a. Indice, b. chromatographies c. méthodes chimiques d. méthodes photométriques e. méthodes enzymatiques
En relation avec les propriétés décrites et les exposés préparatoires aux travaux pratiques technologiques, préciser les principes, l'intérêt et les limites des méthodes d'extraction, de purification, d'identification et de dosages appliqués aux lipides
Thème 2 : Enzymologie 25h
Objectif général :
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Plan Objectifs
intermédiaires
Activités Durée
I. Définition
Définir la catalyse enzymatique
II. Caractéristiques générales
1. Spécificité
2. réversibilité
Dégager, à l'aide d'exemple ses caractéristiques générales:
Spécificité et réversibilité
III. Nature biochimique et structure des enzymes
Montrer, à l'aide d'arguments expérimentaux, la structure protéinique des enzymes. Souligner l'importance de la structure conformationnelle des enzymes dans le maintien de leur activité biologique. Définir site catalytique et site de fixation.
Signaler l'existence de formes précurseurs d'enzymes (proenzymes)
IV. Cinétique de la réaction enzymatique
1. Vitesse initiale 2. Cinétique enzymatique:
complexe enzyme-substrat et constantes cinétiques Vmax et KM
Exploiter des résultats expérimentaux d'une cinétique à un substrat pour définir la vitesse initiale d'une réaction enzymatique et ses variations en fonction de la concentration en substrat et en enzyme. Définir graphiquement la constante cinétique Vmax. Exploiter l'équation de Michaelis-Menten pour
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3. Influence des facteurs température. pH
4. Définition et expression de l'activité enzymatique
5. Effecteurs de la réaction enzymatique
6. Isoenzymes
définir mathématiquement les constantes cinétiques Vmax et KM. Utiliser un système de représentation graphique permettant de déterminer les constantes cinétiques.
Exploiter des résultats expérimentaux pour montrer l'influence des facteurs physiques sur les paramètres de la réaction enzymatique.
Définir et donner les différents modes d'expression d'une activité enzymatique.
Exploiter des résultats expérimentaux pour définir la notion d'activation et d'inhibition et montrer sur quel(s) paramètre(s) ils peuvent agir
Définir les isoenzymes.
V. Coenzymes
1. caractères généraux 2. groupements
prosthétiques et cosubstrats
3. modes d'action 4. principaux coenzymes
Présenter la notion de coenzyme
Différencier groupements prosthétiques et coenzyme transporteurs (cosubtrats) Décomposer la structure du NAD+ et du NADP+ et justifier leur appellation. Illustrer les modes d'action des coenzymes par quelques exemples : NAD+, coenzyme A, groupement ferro-porphyrinique des cytochromes.
Inventorier et Classer les
différents coenzymes qui
seront utilisés dans le
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cours sur le métabolisme.
VI. Classification des enzymes
Indiquer les différents critères le de classification des enzymes.
Plan Objectifs intermédiaires Activités Durée
VII. Applications de l'enzymologie
1. Les techniques utilisées 2. Techniques
Immunoenzymatiques
a. électrodes à enzymes
b. Enzymes fixées 3. Applications analytiques
Décrire succinctement le principe des techniques utilisées.
Donner des exemples de différentes applications
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Thème 3 : Le métabolisme énergétique
Chapitre 1 : Énergétique des réactions biochimiques
Objectif terminal :
Plan Objectifs intermédiaires Activités Durée
I. Les différents types trophiques
1. Phototrophie et Chimiotrophie
2. Autotrophie et hétérotrophie
II. Oxydations cellulaires et production d'énergie : Couplages énergétiques
III. Composés riches en énergie
Définir phototrophie et chimiotrophie, autotrophie et hétérotrophie. Donner la définition d'une réaction exergonique et d'une réaction endergonique. Définir une " liaison riche en énergie " et donner des exemples montrant la diversité des composés cellulaires, notamment les composés phosphorylés à vocation énergétique. Montrer le rôle de l'ATP dans le transfert d'énergie Décrire deux exemples de formation de l'ATP. réaction catalysée par la glycéraldéhyde-3 phosphate déshydrogénase et chaîne mitochondriale de transport d'électrons
a. Dosages enzymatiques des métabolites
b. Détermination d'activités enzymatiques
c. Identification de biomolécules
4. Applications a. Industrielles:
industries agroalimentaires
b. Industries chimiques et pharmaceutiques
analytiques et industrielles mettant en œuvre les techniques utilisées.
Préciser différents type de détermination d'activité enzymatiques et de dosage des substrats : méthodes directes et méthodes couplées, méthodes cinétiques, méthodes " deux points " et méthode " point final "
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1. Formation des composés riches en énergie
2. couplages chimio-chimiques (phosphorylation au niveau du substrat)
3. couplages chimio-osmotiques (chaîne mitochondriale de transport d'électrons)
IV. Utilisation de l'ATP : exemple
Décrire le couplage de l'hydrolyse de l'ATP avec un transport actif à travers la membrane (exemple de la pompe à sodium) A partir de documents, établir le bilan global moléculaire et énergétique de la voie métabolique étudiée - Sans exiger la mémorisation des formules, décrire les étapes énergétiques clés (consommation ou production d'ATP) , les étapes produisant les coenzymes réduits, celles aboutissant à la formation du dioxyde de carbone. - Montrer l'articulation de chacune de ces voies avec les autres voies métaboliques. - Préciser la localisation cytoplasmique ou mitochondriale de chacune de ces voies.
Chapitre 2 : Production d'énergie: Le catabolisme
Objectif terminal :
Plan Objectifs intermédiaires Activités Durée
I. Glycolyse
1. Devenir du pyruvate en anaérobiose: fermentations
2. Devenir du pyruvate en aérobiose
3. Cycle des acides
Indiquer les étapes non réversibles de la glycolyse. Schématiser globalement l'articulation des métabolismes du glycogène et du glycérol avec la glycolyse. Signaler l'existence d'autres processus de dégradation du glucose en insistant sur la glucose-6-phosphate déshydrogénase, génératrice de NADPH.
Définir les fermentations.
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tricarboxyliques 4. Chaîne respiratoire
II. Catabolisme des acides gras: béta- oxydation
1. Lipolyse 2. Genèse et
utilisation des composés cétoniques
Décrire la fermentation lactique et la fermentation alcoolique. Donner le bilan de la réaction catalysée par la pyruvate-déshydrogénase cf indicateurs communs cf indicateurs communs cf indicateurs communs Mentionner le rôle de la lipolyse adipocytaire et son contrôle hormonal par le glucagon et les catécholamines. Dresser le bilan énergétique du catabolisme aérobie d'une molécule de glucose et d'une molécule d'acide gras, complétement dégradées en CO2 et H2O
Récapituler sous forme de schémas la place de l'acetylcoenzyme A dans l'ensemble du métabolisme hydrocarboné. A l'aide de documents fournis, montrer comment les navettes permettent le passage du NAD réduit dans la mitochondrie et le passage de l'acétylcoenzyme A dans le cytoplasme.
Thème 4 : Intégration et régulation du métabolisme
Plan Objectifs intermédiaires Activités Durée
I. La régulation des flux métaboliques : les échanges membranaires
En liaison avec l'architecture moléculaire des membranes, récapituler les deux types da transport : canaux et transporteurs Rappeler les différents types da mouvements de molécules à travers les membranes cellulaires : diffusion simple, diffusion facilitée, transport actif. Distinguer transport actif primaire et transport actif secondaire (cotransport)
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II. Intégration du
métabolisme
Faire un schéma récapitulatif des voies métaboliques intégrant la glycolyse, le cycle de Krebs, la béta- oxydation et le métabolisme général des acides aminés. Situer sur un schéma général des voies métaboliques précédentes les principales voies de mise en réserve de l'énergie : glycogenèse, néoglucogénése. Dégager les carrefours clés : glucose-6-phosphate, pyruvate et acétylcoenzyme A. Dégager les possibilités d'interconversion.
III. Régulations métaboliques
1. Régulation de
l'activité et de la
biosynthèse des
enzymes (rappels)
2. Régulations
hormonales:
3. Rôles de l'insuline,
du glucagon et des
catécholamines
Cf cours de première et cours d'enzymologie de terminale. Indiquer succinctement le rôle de l'insuline dans le métabolisme énergétique Récapituler les effets du glucagon et des catécholamines sur la glycogénolyse, la glycogénogénèse, la lipolyse et la lipogénèse. Indiquer le rôle de l' AMP cyclique dans le mode d'action de ces hormones Préciser l'action de ces hormones dans le cas du jeûne prolongé
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Méthodologie
Ce programme s'articule autour de trois parties : biochimie structurale de biomolécules
hydrocarbonées, enzymologie et métabolisme énergétique. Comme en première, la lecture du
programme recommande d'aborder les principes des technologies biochimiques au fur et à
mesure de l'étude des biomolécules, Des approches différentes peuvent évidemment être
envisagées d'autant plus que ces technologies renforcent et complètent celles qui ont été
envisagées en première.
Les progressions des cours d'enzymologie et des travaux pratiques technologiques portant sur les
enzymes doivent être harmonisées. La complémentarité et l'interpénétration des disciplines
impliquent comme en première des pratiques parfois interdisciplinaires. Celles-ci peuvent revêtir
différents aspects: référence à des prérequis ou à des applications enseignées dans les autres
disciplines, harmonisation des progressions de chacune des disciplines, travail en équipe sur un
thème scientifique ou technologique, travail en équipe sur 1'élaboration d'objectifs transversaux de
formation.
La méthode historique et l'histoire des idées, bien que moins intéressantes qu'en classe de
première, peuvent parfois être utilisées.
Il convient également comme en première d'entraîner les élèves à la recherche bibliographique et
à la consultation d'articles ou d'ouvrages. En liaison avec le C.D.I, il est possible d'initier les élèves
aux techniques du résumé à partir de l'analyse d'un texte simple, article ou extrait d'ouvrage:
résumé sous forme de texte rédigé, sous forme de schéma ou encore sous forme de plan détaillé.
De la même façon il est intéressant de les initier aux techniques bibliographiques (identification et
recherche d'articles ou d'ouvrages en vue d'une bibliographie, lecture ou rédaction d'une
bibliographie),
Des exercices variés devront être proposés aux élèves : ils permettent soit d'introduire des
concepts, soit d'étudier et de comprendre des applications technologiques.
Les compétences attendues sont des indicateurs d'évaluation qui précisent ce que l'on est en droit
d'exiger des élèves. Il est évident que dans son enseignement, le professeur pourra aller au-delà
de ces exigences à condition de rester à un niveau convenable.
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MICROBIOLOGIE
(2h hebdomadaires)
A- OBJECTIFS
L'enseignement de la microbiologie générale présente une double finalité:
sur le plan de la formation scientifique, Il contribue au développement de l'esprit d'analyse ainsi qu'à l'acquisition de la rigueur scientifique et de la réflexion critique.
sur le plan des connaissances, il participe à la compréhension des méthodologies spécifiques et à l'acquisition de l'outil scientifique de base nécessaire à l'analyse objective et raisonnée de nombreux phénomènes, situations ou choix se présentant dans la vie quotidienne.
Les mécanismes du pouvoir pathogène, la physiopathologie des infections, la connaissance des agents antimicrobiens, de la génétique microbienne, celle des virus humains, sont, au-delà de leurs applications immédiates et didactiques, des éléments de culture générale qu'il est utile de s'approprier à un niveau suffisant. Sans viser à l'exhaustivité, ce programme s'efforce donc de couvrir les diversités morphologiques et fonctionnelles des micro-organismes; tout en situant leurs activités dan le cadre d'applications industrielles ou médicales et leurs rôles écologiques. Tout en constituant un domaine spécifique de connaissance et de savoir-faire, l'enseignement de la microbiologie générale recoupe et prolonge ceux de la biochimie et de la biologie humaine. Il concourt, à ce titre, à une approche intégratrice et pluridisciplinaire de la biologie moderne.
B- PROGRAMME
l- Introduction 1h
2- Morphologie et structure des micro-organismes 10h
3- Nutrition et croissance des bactéries et champignons 10h
4- Métabolisme bactérien et fongique 8h
5- Génétique microbienne 8h
6- Agents antimicrobiens 6h
7- Micro-organismes et milieu 9h
8- Vaccination 3h
9- Les virus 5h
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C- CURRICULUM
Programme Compétences attendues
1.-Introduction à la microbiologie
Rappel historique Classification générale des micro-organismes
Présenter les différents groupes d'organismes eucaryotes et procaryotes.
Dégager leurs caractères distinctifs. Indiquer les caractères distinctifs entre cellules eucaryotes et cellules procaryotes.
2- Morphologie et structure des micro-organismes
2 1.Morphologie et structure des bactéries:
Eléments constants et facultatifs de l'ultrastructure bactérienne :
description, nature ou composition chimique, fonctions
Donner un schéma d'ensemble faisant apparaître les éléments constants et facultatifs de la cellule bactérienne.
Expliquer les rôles de la paroi.
Donner un schéma simplifié de la paroi de différents groupes bactériens: Staphylococcus, Bacille à Gram négatif.
A partir de schémas proposés, reconnaître et situer les principales macromolécules constitutives des parois. Indiquer leur nature chimique, leur rôle physiologique ou physiopathologique.
A partir de schémas proposés, reconnaître et situer les principales macromolécules constitutives de la membrane cytoplasmique.
Expliquer l'architecture de la membrane cytoplasmique à partir des propriétés des phospholipides (en relation avec le cours de biochimie)
Expliquer le rôle des protéines transmembranaires et des protéines externes. Récapituler les fonctions de la membrane cytoplasmique. Citer les différents types d'inclusions, leur nature chimique et leur rôle.
Décrire des techniques d'étude de l'élément nucléaire: colorations autoradiographie . Expliquer le rôle du chromosome bactérien et des plasmides (en relation avec la Biochimie). Décrire les techniques de mise en évidence des flagelles et les différents types de ciliatures. Décrire les techniques de mise en évidence des capsules.
Expliquer les rôles des capsules au niveau:
- des caractères culturaux
- du pouvoir pathogène
- des caractères antigéniques.
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Les spores et la sporulation.
Citer les deux types fonctionnels de pili, préciser leur rôle physiologique ou physiopathologique.
Décrire les techniques de mise en évidence des spores. Indiquer sur un schéma donné, le nom des différentes enveloppes de la spore. Décrire les phénomènes morphologiques et biochimiques accompagnant la sporulation.
Citer les conditions favorables à la germination des spores.
Citer des conditions inhibant la germination des spores.
Citer les bactéries sporulées 1es plus fréquentes.
Citer les propriétés des spores.
expliquer leurs applications dans les bioindustries de transformation (procédés de conservation, techniques d'aseptisation)
2-2 Morphologie et structure des cellules fungiques
Organisation interne d'une cellule fungique
Produire un schéma annoté d'une cellule fungique faisant apparaître ses éléments d'ultrastructure.
Citer les macromolécules les plus fréquentes constituant la paroi des levures et des mycéliums.
Décrire les deux types de filaments mycéliens : septés et non cloisonnés.
Montrer leur structure coenotypique.
3- Nutrition et croissance des bactéries et champignons
3.1 Besoins nutritifs Eléments minéraux, source(s)de carbone, Autotrophie, hétérotrophie, Facteurs de croissance.
Présenter les éléments chimiques constituant la matière vivante :
Macroéléments, micro-éléments, oligo-éléments. Inventorier les macromolécules constitutives des micro-organismes en les situant au niveau ultra structural.
Définir la notion de nutriment.
Inventorier les nutriments indispensables: sels minéraux, nutriments source(s) de carbone, source(s) d'énergie.
Définir un milieu minimum.
Dégager, à partir des exigences nutritives minimum d'un micro-organisme, les notions d'autotrophie, d'hétérotrophie, de facteurs de croissance et de facteur limitant. Définir et expliciter ces termes. Citer
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Applications à la composition des milieux de culture.
les catégories de biomolécules pouvant être facteur de croissance pour les bactéries auxotrophes.
Donner le principe des dosages microbiologiques des vitamines Citer les sources d'énergies utilisables par les bactéries. Illustrer par des exemples, la diversité des substances minérales et organiques dont l'oxydation conduit à la production d'énergie. Définir les termes de milieu de culture, milieu synthétique, milieu empirique.
En mobilisant les connaissances acquises en classe de première:
- citer les principaux ingrédients des milieux empiriques les plus usuels et préciser leurs rôles.
- donner des exemples de milieux enrichis et leurs principales indications
- définir le terme de milieu sélectif, citer des exemples de milieu sélectif
- à partir de la composition d'un milieu sélectif, reconnaître les agents sélectifs, indiquer leur spectre d'action et en déduire le domaine d'utilisation.
3 2. Multiplication des bactéries et des champignons.
3 2.1 Multiplication des bactéries
Phénomènes morphologiques et génétiques
Application aux notions de colonie et de souche pure
3 2.2. Multiplication des champignons
Reproduction sexuée et asexuée des levures et moisissures . Application à leur classification
Décrire les phénomènes morphologiques accompagnant la division d'une bactérie.
Rappeler le mécanisme de la réplication du chromosome bactérien. En déduire une définition du terme de colonie. Montrer comment il est possible d'obtenir et de maintenir des souches pures.
Présenter succinctement les deux systèmes de reproduction des champignons. et des moisissures: asexuée et sexuée. Souligner l'intérêt de cette étude pour l'identification des principaux champignons d'intérêt alimentaire ou médical.
64
3.3 Croissance d'une population bactérienne en milieu non renouvelé :
Techniques d'étude, paramètres de la croissance, courbes de croissance, influence des conditions de milieu
Présenter les techniques permettant d'évaluer le nombre ou la masse de bactéries présentes dans un milieu de culture liquide :
- dénombrement sous microscope ou automatique
- dénombrement par dilutions et incorporation en gélose
- détermination du poids sec
- mesure de constituants cellulaires : azote, ATP
- mesure par turbidimétrie
- mesure de l'activité cellulaire
Définir les paramètres de la croissance en milieu non renouvelé : taux de croissance. temps de génération
Expliquer comment on établit, expérimentalement, une courbe de croissance.
Tracer une courbe de croissance à partir de données expérimentales. Repérer les différentes phases de la croissance en milieu non renouvelé. En expliquer la signification physiologique.
Déterminer, par l'analyse mathématique et par l'analyse graphique, le taux de croissance (taux horaire et taux népérien) et le temps de génération.
Analyser l'influence da la température et du pH sur la croissance, donner une définition des termes : psychrophile, psychrotrophe, mésophile, thermophile, thermotrophe.
Appliquer ces connaissances à la compréhension du processus d'altération des aliments et des principes de techniques de conservation ou de stabilisation des denrées.
Analyser l'influence de l'aw sur la croissance des micro-organismes.
Expliquer le rôle stabilisateur de la dessication des aliments.
Analyser l'influence de la concentration en substrat sur le taux de croissance exponentiel et sur les valeurs de la biomasse obtenue.
Décrire le phénomène de diauxie.
4 Métabolisme bactérien En utilisant les connaissances de biochimie métabolique:
65
et fongique
4.1 Métabolisme énergétique : (en relation avec le cours de Biochimie) Mécanismes de la production d'ATP.
Types respiratoires
Présenter succinctement les mécanismes de la production d'énergie au cours de la respiration aérobie et anaérobie: Définir les fermentations
Décrire et expliciter la technique utilisée pour déterminer les types respiratoires. Représenter les aspects obtenus pour les quatres principaux: aérobie strict, aéro-anaérobie, anaérobie strict, micro-aérophile.
4.2 Métabolisme glucidique: (en relation avec le cours de Biochimie)
Oxydations et fermentations des glucides
Application à l'identification des bactéries et des champignons.
Importance dans les bioindustries de transformation
En mobilisant les connaissances de biochimie métabolique, décrire à partir de documents fournis les voies suivantes du catabolisme glucidique
* glycolyse et cycle de Krebs
* fermentations homo et hétérolactique,
Décrire des applications des fermentations
* dans la production d'aliments
* dans les techniques de l'identification microbienne.
Montrer l'intérêt des techniques d'étude du catabolisme glucidique pour l'identification des micro-organismes. En mobilisant les acquis de la classe de première décrire les principales techniques d'étude du catabolisme des glucides .
4.3 Métabolisme protidique:
Activité protéolytique, catabolisme des acides aminés : désaminations, décarboxylations. Application à l'identification des bactéries.
Importance dans les bioindustries de transformation
Présenter les étapes de la transformation par des bactéries, d'une protéine (gélatine, caséine..) en ses différents produits de dégradation.
En mobilisant les acquis de la classe de première décrire les principales techniques d'étude du métabolisme protidique chez les bactéries.
5 Génétique microbienne
5.1 L'ADN bactérien,
Mobiliser les acquis du cours de biochimie de première et les expériences de Griffith et d'Avery pour dégager le rôle de l'ADN
66
support des caractères transmissibles Expériences fondamentales
bactérien, support des caractères transmissibles.
5.2 les mutations mise en évidence, caractéristiques, mécanismes
Montrer qu'il existe des phénomènes modifiant des caractères transmissibles héréditairement.
Définir le phénomène de mutation, citer ses principales caractéristiques.
Exploiter les résultats d'expériences mettant en évidence une mutation.
5.3. Transferts génétiques chez les micro-organismes Transformation, transduction et conjugaison
Présenter sommairement les trois mécanismes de transfert de matériel génétique
6 Agents antimicrobiens
6.1 Agents physiques :
Cinétique de l'inactivation par la chaleur.
Définition de la stérilisation et de la stabilisation de denrées.
Mécanisme d'action des radiations électromagnétiques et électroniques. Filtration, importance de ces procédés dans les Industries agro-alimentaires.
Définir et classer les agents antimicrobiens.
Etudier, en fonction du temps, l'évolution d'une population microbienne soumise à l'action d'un agent anti-microbien. Analyser et exploiter des résultats expérimentaux.
Donner une définition de la stérilisation et de la stabilisation d'une denrée ou d'un milieu. Décrire les procédés de stérilisation par la chaleur humide et la chaleur sèche. Expliquer comment sont déterminés les barèmes de stérilisation et de pasteurisation. Décrire un dispositif de filtration, en donner les principales indications.
Expliquer l'action antimicrobienne des rayons ultra-violets, béta et gamma
Décrire des exemples d'applications dans les industries agro-alimentaires et pharmaceutiques.
6.2Agents chimiques :
6 2 1 Définition de l'antisepsie et de la désinfection.
Définir les termes d'antisepsie et de désinfection.
Classer les antiseptiques et les désinfectants en fonction de leur mode d'action . Citer des exemples d'utilisation des désinfectants et
67
Classification des désinfectants et des antiseptiques. mode d'action. exemples d’applications.
6.2.2 Antibiotiques: Définition, classification, mode d'action
Résistances chromosomiques et plasmidiques
des antiseptiques .
Définir les termes d'antibiose et d’antibiotique.
Définir le spectre d'action et donner quelques exemples. Décrire schématiquement les modes d'action des antibiotiques. Définir les notions de CMI, de concentrations critiques et de CMB. Expliciter la phénomène de résistance. Définir la résistance naturelle. Présenter succinctement les mécanismes de la résistance chromosomique. Présenter succinctement les mécanismes de la résistance plasmidique.
7 Micro-organismes et milieu.
7.1. Relation entre les micro-organismes et leur environnement
7.1.1 Rôle des micro-organismes dans le recyclage de la matière organique cycles du carbone et de l'azote
7.1.2 Symbiose
7.1.3 Commensalisme
Définir le saprophytisme, le commensalisme, le parasitisme. Expliquer les rôles des bactéries dans la minéraliation de la matière organique. Montrer l'importance de ces phénomènes dans l'auto-épuration des milieux naturels et la fertilisation des sols. Commenter un document fourni illustrant les cycles du carbone et de l'azote.
Décrire un exemple de symbiose bactérienne.
Décrire les principales flores commensales de l'homme : flore intestinale, flore oropharyngée, flore cutanée.
7.2 Pouvoir pathogène des bactéries
7.2.1 Les facteurs du pouvoir pathogène:
pouvoir invasif, pouvoir toxique.
rôle du terrain. Bactéries à pouvoir pathogène spécifique, bactéries opportunistes.
7.2.2 Résistances de l'organisme à l'infection.
Définir le pouvoir pathogène en relation avec ses trois composantes : pouvoir invasif, pouvoir toxique, résistances de l'organisme hôte.
Décrire les mécanismes des résistances non spécifiques de l'organisme:
- rôle du revêtement cutanéo-muqueux
- rôle du tissu conjonctif
- rôle des cellules et des molécules de l'immunité non spécifique concourant à l'élimination de l'agent infectieux ; décrire les étapes de la phagocytose. Citer les propriétés des bactéries participant à leur pouvoir invasif: structures d'adhésion, enzymes, structures antiphagocytaires .
Décrire leurs interactions avec les défenses non spécifiques. Définir le pouvoir pathogène spécifique, l'opportunisme. donner des
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exemples de bactéries appartenant à chaque catégorie.Récapituler sous forme de schéma l'ensemble des phénomènes concourant à l'élimination d'une bactérie ou d'un virus.
8. vaccinations
Définir et comparer vaccination et sérothérapie. Donner le principe de la vaccination en mobilisant les connaissances acquises en biologie humaine lors de l'étude de la mémoire immunitaire.Classer les différents types de vaccins en dégageant les catégories suivantes: vaccins vivants viraux et bactériens, vaccins inactivés à base de virus entiers, vaccins inactivés à base de bactéries entières, vaccins sous-unités .Donner un exemple da chacune de ces catégories.
9. Les virus (en relation avec le cours de biochimie) : Structure, classification, multiplication, Lysogénie
Pouvoir pathogène de quelques virus humains: herpès virus, myxovirus, paramyxovirus, entérovirus, rétrovirus.
A partir de schémas fournis, reconnaître les constituants de virus de différentes architectures.
Citer les critères de classification des virus.
Commenter des schémas montrant la multiplication d'un virus à ADN, à ARN, d'un rétrovirus, d'un bactériophage.
Définir la lysogénie
Associer le nom d'un virus humain à la (ou les) pathologies dont il est responsable.
D- METHODOLOGIE
Les 9 divisions du programme de microbiologie générale de la classe de terminale peuvent être regroupées, selon une logique programmée de concepts, autour de 4 pôles: - les études structurale et ultra structurale - la physiologie microbienne - la génétique microbienne - les relations et interactions des micro-organismes avec le milieu environnant. Chacun de ces ensembles comprend la mise en relation des concepts explicités avec leurs applications industrielles et/ou médicales. L'étude des données morphologiques peut être considérée comme préalable pour deux raisons principales: - elle s'appuie sur les acquis des travaux pratiques technologiques de la classe de première - elle fournit les supports concrets facilitant la compréhension des relations structure-fonction.
L'approche fonctionnelle des micro-organismes étant un des objectifs principaux du programme, il convient d'apporter avant tout, sur le plan de l'ultra structure, des connaissances réinvestissables dans les autres parties du cours ou dans les autres cours. La physiologie microbienne doit permettre de privilégier une démarche pédagogique fondée sur l'analyse, en exploitant et en prolongeant des observations et des résultats fournis par des documents ou obtenus dans les travaux pratiques technologiques. Elle se prête, par ailleurs, à une approche intégratrice et pluridisciplinaire de nombreux concepts. La génétique microbienne, l'étude des relations et interactions entre micro-organismes et milieu environnant, peuvent faire l'objet d'approches synthétiques intégrant la diversité de leurs applications.
69
La lecture du programme et des compétences terminales attendues, montre l'importance que peut revêtir le travail sur documents. On peut ainsi vérifier et consolider les pré requis de biochimie, concrétiser une étude ultra structurale, introduire ou rappeler les technologies associées aux différents concepts abordés, visualiser la structure de biomolécules dont on n'exige pas la mémorisation, mais sur lesquelles un travail est engagé (antibiotiques, voies métaboliques ), procéder à une étude de cas. Le travail sur documents permet aussi, par la variété de leurs contenus, l'apprentissage ou la consolidation de différents modes d'expression et concourt à ce titre, à satisfaire aux exigences d'objectifs transversaux. Il convient, d'autre part, d'optimiser dans ce cours les apports de travaux pratiques technologiques en harmonisant les deux progressions respectives. De même la complémentarité et l'interpénétration de la microbiologie, de la biochimie et de la biologie humaine impliquent l'harmonisation de leurs progressions et une approche pluridisciplinaire de leurs contenus. Il peut être, enfin, profitable de replacer un concept, une technologie, dans un contexte historique et en montrer l'évolution chronologique. L'histoire des antibiotiques, des vaccins, la découverte de la nature du matériel génétique en sont des exemples significatifs. Les compétences attendues sont des indicateurs d'évaluation qui précisent ce que l'on est en droit d'exiger des élèves. Il est évident que dans son enseignement, le professeur pourra aller au delà de ces exigences.
70
BIOLOGIE HUMAINE
(3 h de cours et 30 min de travaux dirigés)
A. Objectifs
L'enseignement de la biologie humaine présente une double finalité:
sur le plan de la formation scientifique, il contribue au développement de l'esprit
d'observation et d'analyse ainsi qu'à l'acquisition de la rigueur scientifique et de la réflexion
critique.
sur le plan des connaissances, il participe à la formation technologique de la même façon
que la biochimie et la microbiologie. Au-delà de cette formation technologique, Il contribue
en outre à donner aux élèves une culture suffisante pour la poursuite d'études et pour une
meilleure appréhension des problèmes de la biologie contemporaine.
Sans jamais viser à l'exhaustivité, le programme proposé s'efforce de concilier l'approche
moléculaire des phénomènes physiologiques et une vision intégratrice du fonctionnement de
l'organisme à travers l'étude de quelques grandes fonctions et de leur régulation.
B. Programme
Chapitre 1 : Introduction: les grandes fonctions de l'organisme : 5ha
Chapitre 2 : Le milieu de vie des cellules : 16h
Chapitre 3 : La communication intercellulaire : 28h
Chapitre 4 : Maintien de l'intégrité de l'organisme : 36h (dont 30h pour les mécanismes de
l'immunité)
Chapitre 5 : Transmission de la vie et génétique : 20 h
71
C. Curriculum
Chapitre 1 : Les grandes fonctions de l'organisme
Activités Connaissances exigibles Durée
Présenter de façon schématique les différentes fonctions de l'organisme en les reliant aux connaissances acquises sur l'organisation générale de ces appareils (cf. programme de première)
Connaitre les fonctions de l’organisme.
Identifier les appareils et systèmes qui assurent les différentes fonctions vitales.
05h
Chapitre 2 : Le milieu de vie des cellules: le milieu intérieur
Objectif général : l’élève doit être capable d’identifier les différents constituants du milieu intérieur et
Plan Objectif intermédiaire
Activités Durée
I. Le milieu intérieur et sa compartimentation
Définir le milieu intérieur et situer sa répartition par rapport aux compartiments liquidiens
16h II. Le sang
1. les cellules du sang
2. le plasma
composition
chimique principaux
rôles
3. la circulation
sanguine
4. le transport des gaz
respiratoires
Classer et donner l'importance quantitative des différents types de cellules sanguines circulantes normales. Présenter l'hématie: - structure et ultra structure cellulaire, - composition biochimique. Décrire schématiquement la molécule d'hémoglobine, son comportement allostérique et ses rôles (dans le transport du dioxygène et dans la régulation du pH}.Présenter les caractéristiques cellulaires (structure et ultra structure) des différents types de leucocytes. En liaison avec le cours sur les mécanismes de l'immunité, présenter leurs rôles. Citer les principales substances susceptibles d'être présentes dans le plasma et quantifiées en biologie clinique. Situer sur un schéma anatomique du cœur, les
72
5. l'hémostase
cavités, valvules et vaisseaux sanguins. Décrire l'organisation générale de l'appareil circulatoire Présenter les mécanismes d'échanges des gaz aux niveaux tissulaire et pulmonaire Présenter les formes de transport du dioxygène et du dioxyde de carbone. Présenter les grandes étapes de l'hémostase. Sur un schéma proposé, identifier: - les temps tissulaires et plasmatiques, - les étapes où interviennent les anticoagulants lors d'un traitement. - les facteurs principaux dont la carence engendre l'hémophilie A.
III. La lymphe : origine, composition et rôle
Indiquer sommairement la composition de la lymphe et l'origine de ses constituants, Présenter la circulation lymphatique et préciser son rôle.
Chapitre 3 : La communication intercellulaire Objectif général : Présenter de façon schématique, les différents types de transmission chimique
à distance entre cellules : transmission endocrines (hormones), transmission paracrine (médiateurs chimiques locaux), transmission synaptique (neurotransmetteurs). Donner des exemples de médiateurs chimiques locaux: facteurs de croissance, cytokines
Plan Objectif intermédiaire
Activités Durée
I. Le message nerveux
1. Les structures
a. organisation
générale du
système
nerveux
cérébro-spinal
et du système
nerveux
autonome
b. tissu nerveux:
structure et
ultrastructure
du nerf et du
neurone
Situer sur un schéma fourni les principales parties du système nerveux cérébro-spinal : encéphale (hémisphères cérébraux, cervelet, bulbe rachidien), moelle épinière, ainsi que les enveloppes membraneuses (méninges).Repérer nerfs crâniens et nerfs rachidiens. Expliciter les notions de centre, de voie sensitive et de voie effectrice. Indiquer la structure générale des 2 systèmes : sympathiques et parasympathique Situer sur des coupes transversales de l'encéphale et de la moelle épinière, substance blanche et substance grise. Identifier, à partir de coupes réalisées au niveau de la moelle épinière et des nerfs : corps cellulaire, axone, gaine de myéline, gaine da Schwann, dendrites, Faire un schéma détaillé et légendé du neurone. Citer des exemples de stimuli de l'axone (naturels, artificiels), Indiquer et justifier les montages permettant l'observation du potentiel de repos et du potentiel d'action. Justifier l'existence du potentiel de repos,
28h
73
2. Les mécanismes
a. genèse et
conduction du
message
b. transmission du
message:
synapses et
neurotransmett
eurs
Interpréter les différentes phases des tracés des Potentiels d'action monophasiques et diphasiques. Expliquer les caractéristiques de l'excitabilité d'un neurone et d'un nerf (seuil, loi du tout ou rien, sommation) Décrire le mécanisme de propagation de l'influx nerveux le long de l'axone (axone myélinisé, axone non myélinisé). Calculer une vitesse de conduction de l'influx nerveux dans différents types de fibres Annoter un schéma d'une terminaison synaptique (plaque motrice). Citer les principaux neurotransmetteurs, (acétylcholine, noradrénaline). Récapituler, sous forme de tableau, les neurotransmetteurs et la nature des synapses correspondantes. Préciser le fonctionnement da la synapse: expliciter la chronologie des phénomènes de la transmission synaptique dans le cas d'une jonction neuromusculaire.
II. Le message hormonal
1. Les structures:
les glandes endocrines
2. Les modes
d'action des hormones
3. Intégration du
message hormonal: rôle du complexe hypothalamo-hypophysaire
Situer, sur un schéma d'ensemble de l'organisme, les principales glandes endocrines Définir une glande endocrine. A partir de l'exemple du pancréas endocrine: - donner les principales caractéristiques structurales et fonctionnelles d'une glande endocrine, - déduire des méthodes d'études (signes cliniques, ablation, greffe, injection d’extraits) la notion d'hormone Définir une hormone. Récapituler, sur un tableau général, les glandes endocrines, les hormones sécrétées et les principales actions physiologiques. Classer les principales hormones en fonction de leur structure chimique. Indiquer les deux types fonctionnels d'hormone : - hormone à récepteur membranaire, - hormone pénétrant dans le Cytoplasme. Commenter sur un schéma fourni les particularités structurales et vasculaires du complexe hypothalamo-hypophysaire. A partir de l'exemple de la régulation de la sécrétion des hormones sexuelles, établir la notion de boucle de régulation
74
Chapitre 4 : Maintien de l'intégrité de l'organisme
Plan Objectif intermédiaire
Activités Durée
I. Mécanismes de l'homéostasie: la régulation de la glycémie
Justifier, à partir d'expériences (ablation, expérience du " foie lavé "), le rôle du foie dans le stockage et la libération du glucose. Indiquer les phénomènes à l'origine de la glycosurie: filtration et réabsorption au niveau du néphron.
A partir de la description d'observations et d'expérimentations, mettre en évidence l'intervention du système hypoglycémiant :
- signes cliniques du diabète sucré, - ablation du pancréas
- greffe du pancréas, - injection d'extraits
- Présenter l'origine, la nature chimique et les cellules cibles de l'insuline
Expliciter l'intervention des hormones hyperglycémiantes: glandes sécrétrices, nature chimique des hormones, cellules cibles . Evoquer la régulation nerveuse en cas de stress. Récapituler, sous forme schématique, l'intervention des deux systèmes antagonistes en réponses aux informations reçues (boucles de régulation)
36h
(dont 30h
pour les
mécanismes
de
l'immunité)
II. Mécanismes de l'immunité
75
1. Présentation générale
a. le soi et le non-soi
b. immunité non
spécifique et immunité
spécifique
c. schéma général de la
réaction immunitaire
spécifique
d. conséquences
favorables ou
défavorables de la
réaction immunitaire
spécifique
Définir l'immunité en temps que processus homéostatique (maintien du soi moléculaire). Présenter simplement l'identité biologique
Indiquer les différences entre immunité non spécifique (naturelle) et immunité spécifique
Donner un schéma introductif de la réaction immunitaire spécifique avec les concepts de reconnaissance, de récepteurs cellulaires, de répertoire, de sélection clonale, de molécules ou cellules effectrices
Signaler l'existence de réactions défavorables (réactions d'hypersensibilité
2. Cellules, tissus et organes de l'immunité
a. Organes lymphoïdes : thymus, moelle osseuse, rate, ganglions lymphatiques, formations associées aux muqueuses ;
b. Immunocytes :
phagocytes mononuclées: monocytes, macrophages
*cellules immunocompétentes : lymphocytes T et lymphocytes B
- Situer anatomiquement les différents organes lymphoïdes
- Classer ces organes lymphoïdes en organes lymphoïdes primaires et organes lymphoïdes secondaires
Localiser sur un schéma fourni d'un organe lymphoïde secondaire les zones thymo-dépendantes et les zones thymo-indépendantes
- Présenter les caractéristiques des cellules phagocytaires
Donner le rôle des organes lymphoïdes primaires dans l'acquisition de l'immunocompétence des lymphocytes T et lymphocytes B (acquisition d'un récepteur spécifique)
Indiquer la localisation de ces cellules compétentes dans les organes lymphoïdes
76
secondaires
3. Antigènes
Définir antigènes, immunogènicité, réactivité antigénique, haptène, épitope ou déterminant antigénique, auto-antigène, iso-antigène, allo-antigène et xéno-antigène
Préciser les différentes conditions de l'immunogénicité : caractéristiques moléculaires, caractère étranger, conditions d'administration (voie d'introduction, dose, adjuvants).
4. Mécanismes de la réaction immunitaire spécifique
a. Interactions cellulaires
Interaction entre cellules présentant l'antigène (CPA), lymphocytes T, lymphocytes B
Molécules membranaires de reconnaissance spécifique de l'antigène
Intervention des cytokines
Mémoire immunitaire
Indiquer le rôle des CPA dans le traitement de l'antigène et la présentation des épitopes (évoquer le rôle du Complexe Majeur d'Histocompatibilité) Décrire schématiquement la séquence des événements allant de la présentation de l'antigène par la CPA à la prolifération des lymphocytes T auxiliaires Décrire schématiquement la séquence des événements aboutissant à l'activation des lymphocytes B par les lymphocytes T auxiliaires en cas de stimulation. Indiquer la prolifération et différentiation du lymphocyte B en plasmocyte sécréteur d'anticorps Mentionner l'existence d'antigènes thymo-indépendants pouvant activer les cellules B sans la médiation des cellules T. Indiquer la prolifération et la différentiation des lymphocytes T en cellules effectrices, en particulier cytotoxiques Souligner la notion de signal et la nécessité de la pluralité des signaux conduisant à la prolifération et à la différentiation cellulaires (limiter l'étude des cytokines à ce contexte)
77
Mentionner l'existence des lymphocytes mémoires
b. Réponse à médiation humorale : les anticorps
Structure des immunoglobulines
Dualité fonctionnelle des immunoglobulines: réaction antigène-anticorps, mécanismes effecteurs
*Rôle du paratope : reconnaissance et liaison de l'épitope *Rôle effecteur du Fc *activation du complément *fixation à des récepteurs de membrane (cellules phagocytaires, mastocytes) - rôle des anticorps dans l'immunité anti-infectieuse - réponse humorale primaire et réponse humorale secondaire
Donner la composition moléculaire schématique des immunoglobulines en prenant l'exemple d'une IgG humaine. Dégager les caractéristiques communes à toutes les immunoglobulines : chaînes H et chaînes L, régions variables, régions constantes, domaines. Situer sur la structure de base d'une IgG, les Fab et le Fc et localiser les paratopes. Indiquer l'existence des autres classes d'Ig et souligner les différences structurales. Dégager la notion d'isotypie (spécificité d'espèce) nécessaire à l'étude des techniques d'immunofluorescence et d'immuno-enzymologie. Décrire la formation de l'immuncomplexe élémentaire en soulignant le rôle des liaisons faibles et les notions de spécificité, de réversibilité et d'affinité. Indiquer la formation éventuelle d'un réseau et l'existence du phénomène de zone. Définir le complément Donner une représentation simple de l'activation du complément par un immuncomplexe Indiquer les immunoglobulines capables d'activer le complément ( IgM et IgG) Préciser les effets de l'activation: cytolyse, chimiotactisme, opsonisation Préciser le rôle opsonisant direct des IgG Préciser le comportement des IgG vis à vis de la barrière placentaire Présenter le rôle des anticorps dans l'immunité anti-infectieuse Décrire graphiquement et commenter l'évolution de la réponse humorale dans le cas
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de deux administrations successives d’antigène thymo-indépendant ( taux d'IgM et d'IgG).Préciser l' origine de ces phénomènes : existence de lymphocytes mémoires B et T
c. Réponse à médiation cellulaire : les lymphocytes T effecteurs
Lymphocytes T cytotoxiques
Lymphocytes T sécréteurs
Décrire le mécanisme de la cytotoxicité
Signaler le rôle de la libération de cytokines dans l'activation des macrophages et des polynucléaires.
Présenter le rôle des lymphocytes T effecteurs dans l'immunité anti-infectieuse
5. Applications
a. Vaccinations:
b. Greffe et
transplantation
d'organes:
c. Anticorps
monoclonaux:
cf. cours de microbiologie Définir les différents types de greffes: autologue, syngénique, allogénique, xénogénique d'organes. Préciser les conditions de réussite d'une greffe: histocompatibilité, traitement immunosuppresseur Comparer les caractéristiques des anticorps monoclonaux et des anticorps "polyclonaux " Donner des exemples d'application des anticorps monoclonaux
79
Chapitre 5 : Transmission de la vie et génétique
Plan Objectif intermédiaire
Activités Durée
I. Organisation des appareils génitaux
A l'aide de schémas anatomiques, décrire les appareils génitaux masculin et féminin. Situer les voies génitales par rapport aux voies urinaires. Sur des schémas proposés de coupes histologiques de gonades, identifier les cellules sexuelles et les structures endocrines élaborant les hormones sexuelles. Identifier dans l'ovaire les différents types de follicule. Décrire la structure histologique de la muqueuse utérine à différentes étapes du cycle menstruel
20 h
II. Les gamètes et la gamétogénèse
Préciser la structure et l'ultrastructure des gamètes mâles et femelles
Décrire la méiose et dégager sa finalité et ses conséquences : réduction chromatique, ségrégation aléatoire des chromosomes, recombinaison génétique par " crossing over ". Comparer mitose et méïose.
Décrire les différentes phases de la spermatogénèse en précisant à chacune de ces phases, le type de division cellulaire en cause (mitose ou méïose)
Décrire les différentes phases de l'ovogénèse en les situant dans le cadre de la folliculogénèse et en précisant à chacune de ces phases, le type de division cellulaire en cause (mitose ou méïose) ainsi que le stade méïotique atteint au moment de l'ovulation.
80
III. Déterminisme neuro-hormonal de la physiologie sexuelle
1. Les hormones sexuelles mâles et femelles:
2. Les cycles sexuels chez la femme:
3. Le contrôle des fonctions testiculaires et ovariennes par le complexe hypothalamo-hypophysaire
Inventorier les différentes hormones sexuelles produites par les gonades, l'antéhypophyse et l'hypothalamus.
Définir cycle menstruel, cycle ovarien, cycle utérin, cycle vaginal: les situer les uns par rapport aux autres
Montrer l'interdépendance hormonale des différents cycles en précisant les hormones impliquées, leur origine, les organes effecteurs ainsi que la nature et l'enchaînement des rétro-contrôles positifs et négatifs
IV. La maîtrise de la reproduction
*Contraception et procréation médicalement assistée
Indiquer les diverses méthodes contraceptives
Présenter deux méthodes de procréation médicalement assistée:
l'insémination artificielle et la fécondation in vitro
V. Fécondation
Présenter les différentes étapes de la fécondation. Décrire sous forme de schémas le cheminement des gamètes dans les voies sexuelles féminines puis le trajet de l'ovule fécondé depuis les trompes de Fallope jusqu'à sa nidation dans l'utérus
VI. Eléments de génétique
1. Les bases structurales de l'hérédité:
lois de Mendel et nature particulaire de l'hérédité:
nature chromosomique de l'hérédité
nature moléculaire de l'hérédité
2. Hérédité autosomique
Donner une définition simple du gène (cf. cours de biochimie: classe de première)
A partir de l'exemple de l'hérédité des groupes sanguins ABO et Rhésus et de l'étude d'une maladie génétique autosomale, la phénylcétonurie, Illustrer la notion d’hérédité autosomique dominante et récessive.
Citer un autre exemple d'hérédité autosomique récessive : la mucoviscidose
A partir de l'exemple de l'hémophilie, illustrer la notion d'hérédité liée au sexe. Citer un autre exemple d'hérédité liée
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3. Hérédité liée au sexe
au sexe : le daltonisme ou la myopathie de Duchenne
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D- Méthodologie
Cet enseignement est en interaction forte avec les programmes de biochimie et microbiologie.
Tous les thèmes étudiés font référence à ces interactions. Mais c'est sans doute en immunologie
et en génétique que l'interpénétration des disciplines est la plus importante. Cette imbrication des
disciplines implique donc des pratiques interdisciplinaires qui ne doivent à aucun moment
hiérarchiser les disciplines ou rompre leur cohérence interne et la logique de leur progression.
L'enseignement de biologie humaine doit permettre l'entraînement des élèves à l'analyse des
documents scientifiques, à la structuration de leurs observations, tant par le schéma que par
l'expression écrite et orale, à la lecture et à la construction de tableaux, de diagrammes et de
graphes.
La rigueur scientifique exige souvent une information assez détaillée, voire parfois contradictoire.
La simplification qui s'impose à ce niveau doit s'efforcer de tenir compte de l'évolution des
connaissances et ne doit pas exclure la présentation critique qui fait partie des objectifs de
formation.
Les mêmes remarques qu'en biochimie s'imposent quant à la nécessaire sensibilisation des
élèves à la documentation scientifique. L'anatomie et l'histologie seront abordées dans la
perspective de la physiologie dont elles constituent un support.
Les compétences attendues sont des indicateurs d'évaluation qui précisent ce que l'on est en droit
d'exiger des élèves. Il est évident que dans son enseignement, le professeur pourra aller au-delà
de ces exigences.
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ACTIVITÉS TECHNOLOGIQUES Microbiologie
(Enseignement par groupes d'atelier) (3 heures hebdomadaires)
A - OBJECTIFS
Le baccalauréat Biochimie-Génie biologique doit permettre à son titulaire d'exercer des activités :
- dans les laboratoires de contrôles (contrôles alimentaires, contrôles d'hygiène des locaux et du personnel, contrôles de la propreté microbiologique ou de la stérilité de produits pharmaceutiques, cosmétologiques et de dispositifs médicaux, contrôles de pollution des milieux naturels).
- dans des laboratoires d'analyse médicale, de recherche, dans les laboratoires œnologiques et les laboratoires d'analyse des sols.
Les programmes des travaux pratiques technologiques sont conçus de façon à permettre l'acquisition de méthodologies et de savoir-faire spécifiques et à conférer au titulaire du diplôme la capacité de s'adapter rapidement aux exigences de situations professionnelles variées.
Le principal objectif de travaux pratiques technologiques de la classe de terminale est donc de parfaire la formation de techniciens polyvalents en:.
- complétant les connaissances de microbiologie systématique,
- développant l'aptitude à analyser les problèmes spécifiques posés par des situations professionnelles données choisies parmi les plus représentatives, à rechercher et comprendre les solutions adaptées et les protocoles qui en
résultent. Les travaux pratiques sont aussi un support expérimental solide facilitant l'appropriation de connaissances technologiques en relation avec des éléments de culture générale du cours de microbiologie générale.
- Ils contribuent aussi à développer des capacités spécifiques et transversales nécessaires pour toute poursuite d'étude.
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B - PROGRAMME ET COMPETENCES ATTENDUES
Programme Compétences attendues
1. Mycologie :
Levures et Moisissures
A partir de cultures données, orienter le diagnostic sur la base des caractères microscopiques et Culturaux. Décrire et mettre en œuvre les méthodes de culture, d'isolement et de dénombrement des levures et moisissures d'intérêt médical et industriel. Décrire les méthodes d'identification
2. Techniques d'analyse et de contrôle : 2.1. En microbiologie médicale 2.1.1 En microbiologie médicale Etude cytobactériologique de produits pathologiques : Selles, urines 2.1.2 Examen de préparations colorées de pus et de prélèvements génitaux 2.1.3 Etude de la sensibilité aux antibiotiques: Détermination de la CMI
Conduire l'analyse cytobactériologique d'une selle en vue de la recherche de bactéries entéropathogènes: Salmonella, Shigella, Yersinia, staphylocoque . Réaliser le sérotypage des salmonelles Citer et hiérarchiser les critères de l'infection urinaire Présenter et justifier les conditions de prélèvement Conduire l'analyse cytobactériologique d'une urine: examen microscopique du sédiment, évaluation de la bactériurie et de la leucocyturie,isolement, orientation du diagnostic sur la base des résultats disponibles le deuxième jour de l'analyse, identification et antibiogramme. Décrire les principales caractéristiques des préparations proposées et donner une conclusion pertinente Interpréter des courbes de croissance de bactéries en présence de différentes concentrations en antibiotique. Définir les phénomènes de bactériostase et de bactéricidie. Indiquer les principales méthodes de détermination de la CMI, donner leur principe. Présenter les conditions de la standardisation de l'antibiogramme Réaliser un antibiogramme par la méthode des disques et par l'utilisation des systèmes miniaturisés. Lire les résultats d'un antibiogramme à l'aide d'abaques
2.2 Dans les industries agro-alimentaires: contrôles d'hygiène 2.2.1 Méthodologie générale: techniques de dénombrement, choix des milieux, expression et interprétation des résultats. 2.2.2 Contrôles au niveau de la production: Contrôles alimentaires analyse bactériologique des eaux, et/ou du lait, et produit laitier, et/ou de plats cuisinés à l'avance 2.2.3 Contrôles au niveau des locaux- dénombrement des micro-organismes totaux sur une surface inerte
Réaliser tout ou partie de l'analyse bactériologique d'une eau, et/ou du lait, et/ou d'un produit laitier, et/ou d'un plat cuisiné à l'avance selon les protocoles imposés par la réglementation
Réaliser par une technique d'écouvillonnage ou avec une boîte contact, un dénombrement de la microflore totale d'une surface Justifier les temps opératoires, les modes de calcul et d'expression des résultats.
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2.3 Dans les industries pharmaceutiques Contrôles d'un médicament selon les indications de la pharmacopée
3 Techniques de production: production de biomasse ou de métabolite
(en relation avec la biochimie)
C- METHODOLOGIE
Plusieurs approches de ce programme sont possibles et également justifiées. Les choix seront
fonction des expériences antérieures, des réflexions et des moyens matériels dont disposent les
équipes pédagogiques.
Dans tous les cas, Il est souhaitable de s'assurer de la solidité des acquis en bactériologie
systématique avant de mettre en œuvre une technologie d'analyse ou de contrôle.
On peut y parvenir en y consacrant les premières séances de l'année ou en intégrant à chaque
technologie étudiée, les éléments de bactériologie systématique qui lui sont associés.
Lorsque des connaissances méthodologiques et des savoir-faire sont communs à un ensemble de
techniques d'analyses ou de contrôle, il est conseillé d'en faire l'étude préalable. Il conviendra, en
outre de privilégier l'analyse critique des protocoles et de bien situer leur mise en œuvre dans le
contexte économique ou médical en les situant dans le processus le plus large d'un diagnostic
médical ou d'une démarche d'assurance qualité.
Il importe enfin de bien Intégrer les Bonnes Pratiques du Laboratoire, en particulier les contraintes
réglementaires de sécurité.
Afin de mieux cerner les limites du programme, il paraît utile de suggérer la répartition suivante
des séances de Travaux Pratiques ( sur la base de 4 heures hebdomadaires)
Mycologie 3 séances
- Techniques d'analyses et de contrôle en Microbiologie médicale 12 séances
- Techniques d'analyse et de contrôle dans les industries - agro-alimentaires et pharmaceutiques
12 séances
- Techniques de production 3 séances
Enfin, il convient de rappeler les principaux objectifs de la fonction " Sécurité "
Mettre en œuvre une méthode d'analyse à priori des risques liés à une manipulation ou à une
activité:
*inventaire correct et exhaustif des produits utilisés (produits chimiques et biologiques) et des
souches microbiennes cultivées, isolées ou identifiées
*description des différentes catégories de risques encourus: risques chimiques, risques
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électriques, risques liés à l'utilisation de machines et d'appareils, risques biologiques
- Mettre en œuvre une méthode d'analyse à posteriori des risques: analyse des incidents et
accidents survenus dans des manipulations ou activités du même type et mise en évidence
logique et argumentée de facteurs potentiels d'accidents
- Répertorier les textes réglementaires, les normes, les recommandations, les "Bonnes Pratiques
de Laboratoire", les règlements intérieurs qui s'appliquent à une manipulation ou à une situation
donnée
-· Prévoir les mesures de sécurité conformes au diagnostic réalisé pour la manipulation ou
l'activité envisagées
- Prendre les mesures de sauvegarde adaptées en cas de dysfonctionnement et de danger: arrêt
immédiat des appareils et des installations, neutralisation ou destruction ou évacuation des
produits et des micro-organismes
- Savoir donner l'alerte en cas d'accident
- Savoir protéger du suraccident et transmettre l'alerte aux services de sauvetage-secours et de
soins adaptés
- Savoir intervenir en cas de brûlure par flamme ou de projections de produits corrosifs
- Estimer les conséquences possibles sur l'environnement.
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ACTIVITÉS TECHNOLOGIQUES
Biologie Humaine
(Enseignement par groupes d'atelier)
(1h hebdomadaire)
A- OBJECTIFS
Les technologies et techniques biologiques sont un passage obligé de la formation du technicien d'analyse et de contrôle ayant pour vocation de s'adapter aux situations professionnelles très variées qui caractérisent le domaine de la biologie technique.
Hématologie:
Les techniques étudiées concernent exclusivement les éléments figurés du sang. La réalisation pratique permettra la mise en œuvre correcte de l'ensemble des techniques usuelles du laboratoire, dans des conditions optimales de sécurité et dans le respect des bonnes pratiques opératoires.
Ces techniques ont comme objectifs principaux :
l'étude quantitative et qualitative des cellules sanguines
l'établissement de l'hémogramme complet.
Immunologie:
Au-delà de leur domaine spécifique, les technologies et techniques immunologiques sont en relation étroite avec celles de la microbiologie-bactériologie (diagnostics directs et rapides des virus et des bactéries) et celles de la biochimie (immunoenzymologie, immunoélectrophorèse, immunoprécipitation ...).
Elles constituent un outil de première importance dans beaucoup de domaines de la recherche médicale.
Les travaux pratiques technologiques ont pour objectif :
l'acquisition de méthodes de travail assurant l'exactitude et la reproductibilité des résultats, en intégrant sans défaillance les régles de sécurité en vigueur dans la profession.
la connaissance et la bonne utilisation des outils et appareillages.
la capacité à exprimer et exploiter des résultats en utilisant une documentation fournie.
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B- PROGRAMME ET COMPETENCES ATTENDUES
I. TECHNOLOGIES ET TECHNIQUES HEMATOLOGIQUES (Hémato gramme)
PROGRAMME Compétences attendues
1 Les numérations directes
1.1 Principe, précautions, matériels
- Enoncer les précautions à prendre pour garantir un résultat fiable dans des conditions de sécurité optimales. - lors du prélèvement sanguin - lors des phases de préparation de l'échantillon - Respecter les Bonnes Pratiques Opératoires lors de l'utilisation du matériel de dilution - Enoncer les principes des différentes méthodes manuelles et automatiques pour dénombrer les éléments figurés du sang - Décrire les techniques de numération usuelles - Repérer les points critiques dont le contrôle est nécessaire lors des tests de vérifications statistiques
1.2 Dénombrement des hématies, leucocytes, plaquettes
Méthodes manuelles, méthodes automatisées
- Obtenir un résultat en sachant estimer l'incertitude - Enoncer les valeurs normales des numérations sanguines (homme, femme) - Comparer les résultats obtenus aux valeurs normales physiologiques (homme, femme)
2 Examen des cellules sur frottis sanguin
2.1 Etalement, fixation, coloration
- Travailler dans des conditions optimales de sécurité - Réaliser un frottis sanguin sur lame à partir d'un échantillon de sang veineux prélevé sur anticoagulant - Réaliser les différentes phases de la fixation et de la coloration pour obtenir un frottis exploitable
2.2 Formule leucocytaire
- Reconnaître les différents types de leucocytes Exprimer le pourcentage de chaque type leucocytaire - Relever sur le frottis les anomalies observées ( taille, forme, nombre)concernant toutes les formes cellulaires( hématies, leucocytes , thrombocytes) - Enoncer une formule leucocytaire normale(homme, femme) - Comparer les résultats obtenus aux valeurs normales(homme, femme)
2.3 Numération des réticulocytes
- Réaliser la numération des réticulocytes
3 L'hématocrite
- Réaliser l'hématocrite
4 Analyse de l'hémogramme
A partir de résultats obtenus au laboratoire et de données complémentaires fournis: - Calculer les constantes érythrocytaires - Dresser l'hémogramme complet - Situer les résultats obtenus par rapport aux valeurs normales
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II. TECHNOLOGIES ET TECHNIQUES IMMUNOLOGIQUES
Programme Compétences attendues
1. Matériel et méthode
- Mobiliser les connaissances acquises en biologie humaine pour présenter les caractéristiques de la réaction antigène-anticorps. - Donner une classification des méthodes utilisées pour rechercher et doser un antigène ou un anticorps par les techniques immunologiques - Expliquer les principes généraux de ces méthodes - Présenter le matériel utilisé, les impératifs de sécurité au laboratoire d'immunologie-sérologie
2. Réactions de précipitation Techniques de diffusion en milieu gélifié, Immunoélectrophorèse
- Indiquer dans quelles conditions peut être obtenue une immunoprécipitation - Expliquer la théorie du réseau - Décrire les principales techniques de diffusion en milieu gélifié : - Immunodiffusion simple, double, en tube, en plaque, immunoélectrophorèse - Indiquer l'intérêt analytique - Réaliser et exploiter l'étude d'une fraction antigénique ou d'un immun-sérum par la méthode d'OUCHTERLONY et le dosage d'une protéine par immunodiffusion radiale (technique de MANCINI) - Réaliser une immunoélectrophorèse des protéines du sérum - Repérer les principaux arcs de précipitation.
3. Réactions d'agglutination Agglutination de particules sensibilisées : Sur lame(test qualitatif) en tube ou en microplaques (titrage) Hémagglutination et détermination des groupes sanguins ABO et Rhésus
- Indiquer les conditions dans lesquelles une réaction d'agglutination peut être obtenue : structure moléculaire de l'anticorps (IgG, IgM) nature particulaire de l'antigène, densité des récepteurs antigéniques à la surface de la particule, conditions de milieu. - Inventorier les particules pouvant servir de support à des antigènes - A partir de documents fournis, décrire et analyser un protocole opératoire relatif à une réaction d'agglutination. - Réaliser et interpréter une réaction d'agglutination de particules sensibilisées à un antigène : réaction qualitative de dépistage sur lame, réaction quantitative en tube ou en plaques de microtitration - Présenter les principes de la détermination des groupes sanguins ABO et Rhésus - Réaliser la détermination des groupes sanguins ABO et Rhésus et interpréter les résultats
4.Réactions de fixation du complément
- Présenter le principe de la réaction de fixation du complément - Réaliser une immunohémolyse dans le but de déterminer l'activité de complément d'un sérum frais ou chauffé
5.Réactions de neutralisation
- Indiquer dans quelles situations une réaction antigène-anticorps de neutralisation peut être obtenue et utilisée : neutralisation de l'activité enzymatique ou toxique d'un
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antigène, neutralisation du pouvoir hémagglutinant ou infectieux d'un virus... - A partir de documents fournis, décrire et analyser le protocole d'une réaction de neutralisation, interpréter les résultats. - Réaliser une réaction de neutralisation (antistreptolysines) - Lire et interpréter les résultats
6.Réactions utilisant des anticorps marqués Immunofluorescence directe et indirecte Techniques immunoenzymatique
- Présenter le principe général des réactions utilisant des anticorps marqués - A partir de documents fournis, décrire et analyser le protocole d'une réaction d'immunofluorescence et d'une réaction immunoenzymatique, interpréter les résultats. - Mettre en œuvre une recherche ou un titrage utilisant l'immunofluorescence - Mettre en œuvre un titrage d'antigène ou d'anticorps utilisant une réaction immunoenzymatique en phase hétérogène (technique ELISA)
C- METHODOLOGIE
HEMATOLOGIE
Sans donner une méthodologie complète pour ces travaux pratiques, on peut souligner quelques points.
Ces travaux pratiques nécessitent la mémorisation d'un certain nombre de données. Pour faciliter ce travail d'apprentissage, la connaissance des paramètres cytologiques doit être en relation avec le cours de biologie humaine
L'analyse des phases des techniques de numération permettra une mise en œuvre du contrôle de qualité ainsi que des méthodes statistiques basées sur la recherche des points sources d'erreurs dans une manipulation.
Dans le domaine des savoir et savoir-faire technologiques, la connaissance du fonctionnement des matériels de numération automatique pourra être prolongée, pour les appareils plus performants par des visites dans des laboratoires hospitaliers notamment.
Une réflexion sera conduite pour prendre en compte dans l'évaluation des résultats des élèves la part du résultat brut et de son incertitude et celle de la performance d'un élève en cours de formation...
IMMUNOLOGIE
Les méthodes et choix pédagogiques mis en œuvre dans les travaux pratiques d'immunologie concourent en premier lieu à permettre une bonne compréhension des principes et protocoles. Compte tenu des nombreux temps morts inhérents à l'exécution de la plupart des techniques immunologiques, il sera utile d'associer plusieurs manipulations dans une même séance et/ou d'alterner les périodes consacrées à la réalisation pratique et celles destinées à vérifier et consolider les acquis. Il convient de rappeler pour ce programme l'importance des objectifs de la fonction " Sécurité " - Mettre en œuvre une méthode d'analyse "à priori" des risques liés à une manipulation ou à une activité: *inventaire correct et exhaustif des produits utilisés: produits chimiques et biologiques, en
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particulier les produits d'origine humaine. *description des différentes catégories de risques encourus: risques chimiques, risques électriques, risques liés à l'utilisation de machines et d'appareils, risques biologiques. - Mettre en œuvre une méthode d'analyse "à posteriori" des risques: analyse des incidents et accidents survenus dans des manipulations ou activités du même type et mise en évidence logique et argumenté, de facteurs potentiels d'accidents. - Répertorier les textes réglementaires, les normes, les recommandations, les " Bonnes Pratiques de Laboratoire ", les règlements intérieurs qui s'appliquent à une manipulation ou à une situation donnée. Prévoir les mesures de sécurité conformes au diagnostic réalisé pour la manipulation ou l'activité envisagées. - Prendre les mesures de sauvegarde adaptées en cas de dysfonctionnement et de danger : arrêt immédiat des appareils et des installations, neutralisation ou destruction ou évacuation des produits et des micro-organismes. - Savoir donner l'alerte en cas d'accident. - Savoir protéger du sur accident et transmettre l'alerte aux services de sauvetage- secours et de soins adaptés . - Savoir intervenir en cas de brûlure par flamme ou de projections de produits corrosifs - Estimer les conséquences possibles sur l'environnement
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SECURITE
A -OBJECTIFS
L'enseignement de la sécurité est intégré aux enseignements de biochimie,
microbiologie et biologie humaine. Il doit s'appuyer en outre sur les connaissances
acquises en physique- chimie. Il sera conduit le plus souvent possible sous forme
d'études de cas. Les travaux pratiques technologiques permettent ces études de cas car
ils reproduisent des situations professionnelles réelles. Des travaux interdisciplinaires
sont également souhaitables pour mieux appréhender la complexité et la dimension
pluridisciplinaire des cas proposés.
Les objectifs de cet enseignement sont les suivants :
- Mettre en œuvre une méthode d'analyse " à priori " des risques liés à une manipulation
ou à une activité:
*inventaire correct et exhaustif des produits utilisés (produits chimiques et biologiques)et
des souches microbiennes cultivées, isolées ou identifiées.
*description des différentes catégories de risques encourus: risques chimiques, risques
électriques, risques liés à l'utilisation de machines et d'appareils, risques biologiques.
Mettre en œuvre une méthode d'analyse " à posteriori " des risques: analyse des
incidents et accidents survenus dans des manipulations ou activités du même type et
mise en évidence logique et argumentée de facteurs potentiels d'accidents.
Répertorier les textes réglementaires, les normes, les recommandations, les Bonnes
Pratiques de Laboratoire, les règlements intérieurs qui s'appliquent à une manipulation
où à une situation donnée.
- Prévoir les mesures de sécurité conformes au diagnostic réalisé pour la manipulation
ou l'activité envisagées.
- Prendre les mesures de sauvegarde adaptées en cas de dysfonctionnement et de
danger:
arrêt immédiat des appareils et des installations, neutralisation ou destruction ou
évacuation des produits et des micro-organismes
- Savoir protéger du sur accident et transmettre l'alerte aux services de sauvetage-
secours et de soins adaptés
- Savoir intervenir en cas de brûlure par flamme ou de projections de produits corrosifs
- Estimer les conséquences possibles sur l'environnement
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B- PROGRAMME ET COMPETENCES ATTENDUES
Programme Compétences attendues
1- Cadre juridique et social ( information à faire en classe terminale soit par le professeur de microbiologie soit par le professeur de biologie humaine) 1.1 Définition des accidents du travail et des maladies professionnelles 1.2 Structures administratives et procédures - pouvoirs publics, - Sécurité sociale, - Gestion des accidents du travail et des maladies professionnelles dans l'entreprise : * identification et rôles des différentes instances de prévention dans l'entreprise ( chef d'entreprise, services médicaux du travail, CHSCT) * procédure de déclaration d'un accident du travail, d'une maladie professionnelle, d'une maladie à caractère professionnel
2 Le risque biologique 2.1 différents types (classe de première) 2.2 Pathologies acquises aux laboratoires de microbiologie, de biochimie et de biologie humaine(classe de première) Classification des agents pathogènes (classe de première et classe terminale) 2.3 analyse et identification des risques biologiques (classe de première et classe terminale)
Présenter les différents types de risques biologiques et les différentes catégories de personnels exposés Citer les infections les plus fréquentes et pouvant être contractées dans les laboratoires de microbiologie, de biochimie et de biologie humaine Préciser les sources, les voies et les modes de contamination relatifs à ces pathologies
Indiquer les bases de la classification des agents pathogènes Donner les définitions de la classe 1, 2, 3,4 et E Citer des micro-organismes appartenant à chacune de ces classes Identifier les risques liés aux différentes étapes d'une manipulation classique de
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2.4 Les niveaux de sécurité (classe de terminale) - niveau de sécurité biologique 1 ( NSB1) - niveau de sécurité biologique 2 ( NSB2) - niveau de sécurité biologique 3 ( NSB3) - niveau de sécurité biologique 4 ( NSB4) 2.5 La prévention et le traitement des biocontaminations 2.5.1 Prévention des biocontaminations manuportées et aéroportées (classe de première) 2.5.2 Les postes de sécurité microbiologique : PSM (classe terminale) - Différents types d'enceinte, - Normes 2.5.3 Les procédés de biodécontamination (classe de première) 2.5.3.1 Définitions 2.5.3.2 Désinfection de l'air 2.5.3.3 Désinfection des locaux 2.5.3.4 Désinfection du linge 2.5.3.5 Recueil, transport, stérilisation et élimination des produits biologiques, des cultures microbiennes et des instruments souillés 2.5.4 Prévention et surveillance médicales (classe de première) 2.5.5 Conduite à tenir en cas d'incident (cultures microbiennes répandues, inoculation accidentelle par piqûre, coupure ou éraflure, ingestion de micro-organismes, bris de tube dans une centrifugeuse...)(classe de première)
bactériologie, de biochimie ou de biologie humaine Sélectionner dans une documentation fournie, les textes réglementaires, les normes ou les recommandations qui s'appliquent à la situation analysée Enoncer les règles de sécurité (conception des locaux et BPL) pour NSB1 et NSB2 Inventorier et justifier les dispositions limitant les contaminations manuportées et aéroportées ( protocole de lavage des mains ,comportement général au laboratoire)
Indiquer les différents types de protection recherchée Décrire schématiquement les différentes catégories d'enceintes permettant d'obtenir ces types de protection Définir décontamination, désinfection, stérilisation, antisepsie, bactéricide, Bactériostatique Citer les principales méthodes de désinfection de l'air Indiquer les effets néfastes des ultra-violets Indiquer les différents procédés de nettoyage et les principaux produits utilisés
Préciser les dispositions à observer pour l'utilisation des blouses en bactériologie Indiquer et justifier les mesures prises au laboratoire pour assurer la collecte et le transport des produits contaminés depuis le laboratoire jusqu'à la salle de stérilisation Justifier les mesures de prévention et de surveillance adoptées Identifier la cause de l'incident Evaluer le risque consécutif à cet incident Prendre les mesures immédiates adaptées
3 Le risque chimique (classe de première)
-Définir les termes suivants : - incendie (triangle du feu)
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3.1 Définitions 3.1.1 Le risque incendie ou explosion 3.1.2 Le risque d'altération de la santé 3.2 Détection et mesure 3.2.1 Le risque d'incendie ou d'explosion 3.2.2 Le risque d'altération de la santé 3.3 Prévention 3.3.1 Prévention du risque d'incendie ou d'explosion 3.3.2 Prévention du risque d'altération de la santé - Prévention intégrée: choix d'un produit, éloignement des opérateurs, automatisation... - Protection collective : captage à la source, ventilation - Protection individuelle : gants, lunettes, bottes, vêtements, appareils respiratoires anti-gaz et anti-poussières - Prévention et surveillance médicales
- explosion : notion de LIE ( Limite inférieure d'Explosibilité) et de LSE ( Limite Supérieure d'Explosibilité) - produit inflammable - produit comburant - produit explosif Indique les différentes voies de pénétration dans l'organisme (voies digestive, percutanée et pulmonaire) Classer les différentes catégories de produits par rapport à leurs effets physiologiques : irritants, nocifs, toxiques, allergisants, cancérogènes, tératogènes... Présenter sommairement le rôle d'un explosimètre et d'un analyseur d'oxygène
A partir d'exemples de produits utilisés dans la profession : · lire et interpréter une étiquette normalisée · commenter une fiche toxicologique
Décrire les actions possibles au niveau du " triangle du feu " : Combustible, comburant, sources d'énergie Présenter les différents types d'extincteurs A partir de l'exposé d'un cas concret, choisir l'extincteur approprié à une classe de feu ; justifier le choix A partir de la relation de cas concrets ou de l'examen des dispositions prises en travaux pratiques technologiques, analyser les mesures de préventions adoptées
4 Le risque électrique (classe terminale) 4.1 Risques physiologiques 4.2 Sources du risque 4.3 Prévention 4.3.1 Textes réglementaires :Décret du 14 novembre 1988 traitant de la protection des travailleurs dans les établissements qui mettent en oeuvre des courants électriques
En relation avec le cours de biologie humaine, répertorier les différentes manifestations dues au passage du courant à travers le corps humain : picotement, secousse, brûlure, tétanisation, fibrillation du cœur, électrocution Énoncer et justifier les différents facteurs à prendre en compte : · seuil dangereux de l'intensité · variation de la résistance du corps humain ( notion de Très Basse Tension de Sécurité TBTS · durée du courant électrique · trajet du courant électrique Répertorier les sources du risque : · contact direct : conducteur normalement sous tension
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4.3.2 Protection contre les risques de contact direct 4.3.3 Protection contre les risques de contact indirect 4.3.4 Mesures à prendre en cas d'utilisation d'appareils électriques
· contact indirect : élément conducteur accidentellement sous tension · cas particulier de l'électricité statique A partir de l'analyse d'extraits de textes réglementaires, justifier les mesures de prévention envisagées dans une situation donnée Indiquer et justifier les différentes mesures de prévention: mise hors de portée par éloignement, par obstacle, par isolation; consignes avant intervention Indiquer et justifier les différentes mesures de prévention: inaccessibilité des masses, mise à la terre des masses. Indiquer et justifier les différentes mesures de prévention : examen de l'état apparent du matériel, contrôle de la maintenance, usage conforme à l'utilisation prévue
5 Les risques liés à l'utilisation de machines et d'appareils (classe terminale) 5.1 Identification des risques 5.2 Prévention
Pour un matériel donné, identifier la ou les source(s) de risque mécanique Sur un matériel donné, repérer le ou les dispositif(s) de sécurité
6 Les risques liés à l'activité physique de l'opérateur (classe terminale) 6.1 Différents types de risques: Risques liés aux postures de travail, risques liés à la manutention de charges lourdes, risques de chutes 6.2 Prévention
Énoncer les différents types de risques liés à l'activité physique de l'opérateur Indiquer et justifier les mesures de prévention : considérations ergonomiques et formation des opérateurs aux gestes et postures
7 Risques liés aux radiations ionisantes(classe terminale)
Énumérer les principaux effets biologiques des radiations ionisantes Présenter les principes des contrôles et des mesures de prévention
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ACTIVITÉ TECHNOLOGIQUE BIOCHIMIE
(Enseignement par groupes d'atelier)
(3 h hebdomadaires)
A- OBJECTIFS
Entièrement dispensé au laboratoire, cet enseignement complète celui de la classe de première. Il a pour objectifs: - de former des techniciens capables de fournir des résultats fiables et reproductibles, - d'inculquer les références méthodologiques indispensables et de favoriser ainsi une meilleure insertion professionnelle et une plus grande adaptabilité aux évolutions technologiques, - de constituer, notamment en enzymologie, un support ou un prolongement de l'enseignement théorique, - de participer à la formation de l'esprit scientifique et au développement des aptitudes intellectuelles. 1. Techniques de préparation, d'Identification et de dosage, de composés biologiques. 1.1 Techniques d'analyse appliquées à des solutions simples : - Fractionnement et identification de sucres par chromatographie sur couches minces - Dosage des sucres par réductimétrie - Dosage des sucres par réfractométrie - Dosage des sucres par polarimétrie - Dosage des acides aminés par pH-mètre - Dosage des sucres par colorimétrie 1.2 Techniques enzymatiques - Préparation d'un extrait enzymatique et purification partielle - Méthodes de mesure: *méthodes basées sur la mesure de la vitesse de disparition d'un substrat *méthodes basées sur la mesure de la vitesse d'apparition d'un produit *méthodes couplées à une réaction indicatrice utilisant le NAD oxydé ou réduit - Etudes cinétiques: *détermination de la vitesse initiale, des constantes cinétiques Vmax et KM *influence de la température, du pH et d'effecteurs chimiques - Applications au dosage d'un substrat (mesure en point final ) et à la détermination d'une activité enzymatique 1.3 Initiation à l'analyse automatique 1.4 Initiation au génie biologique - Utilisation d'un bioréacteur " batch ": suivi de la concentration en substrat en fonction du temps (en relation avec la microbiologie) - Utilisation d'enzymes fixées. 2. Applications au contrôle de produits d'origine biologique ou de produits alimentaires 2.1 Biochimie alimentaire - Contrôle du traitement thermique du lait: dosage de la phosphatase alcaline - Analyse et dosage des composants d'un jus de fruits: . Sucres . Vitamine C - Détermination des indices d'acide, de saponification et d'iode d'un corps gras 2.2 Biochimie clinique: réalisation d'analyses constitutives d'un bilan sanguin
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- Glucose - Cholestérol total - Triglycérides - Créatine Kinase totale - Na+ et K+ par photométrie de flamme
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C- COMPETENCES ATTENDUES FONCTION "Sécurité"
- Mettre en œuvre une méthode d'analyse "à priori" des risques liés à une manipulation ou à une
activité:
- inventaire correct et exhaustif des produits utilisés (produits chimiques et biologiques) -
Description des différentes catégories de risques encourus: risques chimiques, risques
électriques, risques liés à l'utilisation de machines et d'appareils, risques biologiques.
- Mettre en œuvre une méthode d'analyse "à posteriori" des risques: analyse des incidents et
accidents survenus dans des manipulations ou activités du même type et mise en évidence
logique et argumentée de facteurs potentiels d'accidents.
- Répertorier les textes réglementaires, les normes, les recommandations, les "Bonnes Pratiques
de Laboratoire" , les règlements intérieurs qui s'appliquent à une manipulation ou à une situation
donnée.
- Prévoir les mesures de sécurité conformes au diagnostic réalisé pour la manipulation ou l'activité
envisagées
- Prendre les mesures de sauvegarde adaptées en cas de dysfonctionnement et de danger : arrêt
immédiat des appareils et des installations, neutralisation ou destruction ou évacuation des
produits et des micro-organismes
- Savoir donner l'alerte en cas d'accident
- Savoir protéger du sur accident et transmettre l'alerte aux services de sauvetages-secours et de
soins adaptés
- Savoir intervenir en cas de brûlure par flamme ou de projections de produits corrosifs
- Estimer les conséquences possibles sur l'environnemen
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Fonction "préparation
Exposer les principes des manipulations mises en œuvre.
Écrire les équations chimiques fondamentales qui sous-tendent les principes.
A partir de l'analyse d'un protocole opératoire, justifier les différentes phases de ce mode
opératoire.
Préparer un échantillon (méthodes de prélèvement et de conservation)
Préparer les produits et les réactifs nécessaires pour la mise en œuvre du protocole.
Étalonner les solutions titrantes.
Vérifier l'activité des enzymes utilisées.
S'assurer que les conditions opératoires sont correctement établies: paramètres physico-
chimiques, catalyseurs....
Vérifier le fonctionnement des appareils.
Régler et étalonner les appareils (réglages de zéro, contrôles de linéarité réglages du gain des enregistreurs, réglage du bruit de fond...)
102
Fonction "Réalisation"
A partir d'un protocole opératoire donné, effectuer l'ensemble des opérations, techniques de préparation et d'analyse du matériel biologique
Choisir les matériels et les appareils les mieux appropriés aux opérations techniques envisagées
Calculer les prises d'essais à effectuer
Analyser un aléa d'exécution
Observer les mesures d'hygiène et de sécurité afférentes au protocole utilisé.
Fonction "Évaluation et contrôle de qualité"
Contrôler la conformité des réactifs et des produits utilisés aux règles de conditionnement et de conservation. Définir les critères de qualité d'une opération, le domaine de validation et les moyens de mesure adaptés. Relever les indicateurs de qualité et mesurer les grandeurs correspondantes. Identifier les points critiques du protocole opératoire.
Estimer le domaine d'incertitude. Exprimer correctement le résultat. Analyser les résultats obtenus.
Fonction "Maintenance" Relever une anomalie de fonctionnement d'un appareil et en rendre compte. Assurer le nettoyage des appareils. Assurer la maintenance de premier et de deuxième niveau.
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SCIENCES PHYSIQUES (5 h dont 2 h30 d’activités technologiques- enseignement par groupes d’atelier) Les objectifs et les démarches de l'enseignement de physique-chimie de la série STL se situent dans le prolongement de l'initiation aux sciences physiques et chimiques entreprise au collège puis en classe de seconde et de première. Au travers de l'apprentissage de la démarche scientifique, cet enseignement vise l'acquisition ou le renforcement chez les élèves de connaissances des lois et des modèles physiques et chimiques fondamentaux, de compétences expérimentales et d'une méthodologie de résolution de problèmes dans les domaines en lien avec les technologies industrielles ou de laboratoire, sans spécialisation excessive. Il doit permettre aux élèves d'accéder à des poursuites d'études supérieures scientifiques et technologiques dans de nombreuses spécialités et d'y réussir, puis de faire face aux évolutions scientifiques et technologiques qu'ils rencontreront dans leurs activités professionnelles. L'accent est donc mis sur l'acquisition d'une culture scientifique, de notions et de compétences pérennes pouvant être réinvesties dans le cadre d'une formation tout au long de la vie. Depuis des siècles, les sciences ont contribué à apporter des réponses aux problèmes qui se sont posés à l'humanité et l'ont aidée à relever de véritables défis en contribuant largement au progrès technique ; elles permettent de mieux comprendre le monde complexe qui est le nôtre et ses modes de fonctionnement, notamment ceux qui résultent de la technologie omniprésente. Dans la série technologique STL, les programmes d'enseignement privilégient une approche thématique ouverte sur les réalités contemporaines, permettant d'articuler les connaissances et les capacités fondamentales en les contextualisant. Cette démarche permet d'identifier des phénomènes et propriétés relevant du champ des sciences physiques et chimiques dans des réalisations technologiques, de préciser les problèmes qu'elles ont permis de résoudre, de mettre en évidence le rôle
qu'elles ont joué dans l'élaboration des objets ou des systèmes simples, complexes ou innovants actuels, de souligner la place qu'elles peuvent et doivent tenir pour
faire face aux grands défis de société. Complémentairement, une mise en perspective historique fournit l'occasion de faire ressortir comment les allers-retours entre la technologie et les sciences physiques et chimiques ont permis de formidables inventions, découvertes et innovations scientifiques et technologiques. Celles-ci ont conduit à la réalisation de progrès techniques tout autant que de grandes avancées intellectuelles dans l'intelligibilité du monde réel. De même que la science n'est pas faite de vérités intangibles et immuables, la technologie est en perpétuelle évolution. Qu'il s'agisse de la compréhension du monde pour le chercheur ou de la conception de nouveaux dispositifs pour l'ingénieur, leurs activités procèdent de démarches intellectuelles analogues ; il s'agit pour eux, à partir d'un questionnement, de rechercher des réponses ou des solutions à un problème, de les enrichir et de les faire évoluer avec le temps pour les rendre plus efficientes. Ces procédures entre travail conceptuel, modélisation et expérimentation constituent des composantes de la démarche scientifique. Initier l'élève à la démarche scientifique, c'est lui permettre de développer des compétences nécessaires pour prendre des décisions raisonnables et éclairées dans les nombreuses situations nouvelles qu'il rencontrera tout au long de sa vie et, ainsi, le conduire à devenir un adulte libre, autonome et responsable.
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Ces compétences nécessitent la maîtrise de capacités qui dépassent largement le cadre de l'activité scientifique : - faire preuve d'initiative, de ténacité et d'esprit critique ; - confronter ses représentations avec la réalité ; - observer en faisant preuve de curiosité ; - mobiliser ses connaissances, rechercher, extraire et organiser l'information utile fournie par une situation, une expérience ou un document ; - raisonner, démontrer, argumenter, exercer son esprit d'analyse. La modélisation est une composante essentielle de la démarche scientifique. Elle a
pour objectif de représenter une réalité (en la simplifiant souvent) et de prévoir son comportement. Les activités pédagogiques proposées amènent l'élève à associer un modèle à un phénomène, à connaître ses conditions de validité. Les résultats expérimentaux sont analysés et confrontés aux prévisions d'un modèle, lui-même
travaillé grâce à des simulations qui peuvent à leur tour permettre de proposer des expérimentations. Autre composante essentielle de la démarche scientifique, la démarche expérimentale joue un rôle fondamental dans l'enseignement de la physique et de la
chimie. Elle établit un rapport critique avec le monde réel, où les observations sont parfois déroutantes, où des expériences peuvent échouer, où chaque geste demande à être maîtrisé, où les mesures - toujours entachées d'erreurs aléatoires quand ce ne sont pas des erreurs systématiques - ne permettent de déterminer des valeurs de grandeurs qu'avec une incertitude qu'il faut pouvoir évaluer au mieux. La maîtrise de la précision dans le contexte des activités expérimentales est au cœur de l'enseignement de la physique et de la chimie. Elle participe à l'éducation des élèves à la construction d'une vision critique des informations données sous forme numérique, à la possibilité de les confronter à une norme, éducation indispensable pour l'évaluation des risques et la prise de décision. Les activités expérimentales menées par les élèves sont un moyen d'appropriation de techniques, de méthodes, mais aussi de notions et de concepts. Associée à un questionnement inscrit dans un cadre de réflexion théorique, l'activité expérimentale, menée dans l'environnement du laboratoire, conduit notamment l'élève à s'approprier la problématique du travail à effectuer, à maîtriser l'environnement matériel (à l'aide de la documentation appropriée), à justifier ou à proposer un protocole, à mettre en œuvre un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité. L'élève doit porter un regard critique sur les résultats en identifiant les sources d'erreurs et en estimant l'incertitude sur les mesures. L'activité expérimentale offre un cadre privilégié pour susciter la curiosité de l'élève, pour le rendre autonome et apte à prendre des initiatives et pour l'habituer à communiquer en utilisant des langages et des outils pertinents.
Ainsi, l'approche expérimentale ne peut se concevoir que si les conditions indispensables à une activité concrète, authentique et en toute sécurité sont réunies. La pratique scientifique nécessite l'utilisation d'un langage spécifique. L'élève doit donc pouvoir : - s'exprimer avec un langage scientifique rigoureux ; - choisir des unités adaptées aux grandeurs physiques étudiées ; - utiliser l'analyse dimensionnelle ; - évaluer les ordres de grandeur d'un résultat. Ces compétences sont indissociables des compétences mathématiques nécessaires. De plus, en devant présenter la démarche suivie et les résultats obtenus, l'élève est amené à pratiquer une activité de communication susceptible de le faire progresser
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dans la maîtrise des compétences langagières, orales et écrites, en langue française, mais aussi en anglais, langue de communication internationale dans le domaine scientifique. L'usage adapté des Tic
La physique et la chimie fournissent naturellement l'occasion d'acquérir des compétences dans l'utilisation des Tic, certaines étant spécifiques à la discipline et d'autres d'une portée plus générale. Outre la recherche documentaire, le recueil des informations, la connaissance de l'actualité scientifique, qui requièrent notamment l'exploration pertinente des ressources d'internet, l'activité expérimentale doit s'appuyer avec profit sur l'expérimentation assistée par ordinateur, la saisie et le traitement des mesures. L'automatisation de l'acquisition et du traitement des données expérimentales peut ainsi permettre de dégager du temps pour la réflexion, en l'ouvrant aux aspects statistiques de la mesure et au dialogue entre théorie et expérience. La simulation est l'une des modalités de la démarche scientifique susceptible d'être mobilisée par le professeur ou par les élèves eux-mêmes. L'usage de caméras numériques, de dispositifs de projection, de tableaux interactifs et de logiciels généralistes ou spécialisés doit être encouragé. Les travaux pédagogiques et les réalisations d'élèves gagneront à s'insérer dans le cadre d'un environnement numérique de travail (ENT), au cours ou en dehors des séances. Il faudra toutefois veiller à ce que l'usage des Tic, comme auxiliaire de l'activité didactique, ne se substitue pas à une activité expérimentale directe et authentique. Outre les sites ministériels, les sites académiques recensent des travaux de groupes nationaux, des ressources thématiques (Édubase), des adresses utiles sur les usages pédagogiques des Tic. Présentation du programme
Ce programme est présenté selon deux colonnes intitulées : - Notions et contenus : il s'agit des notions et des concepts scientifiques à construire ; - Capacités exigibles : il s'agit des capacités que les élèves doivent maîtriser en fin de cycle. Il convient de ne pas procéder à une lecture linéaire de ce programme, mais de proposer une progression qui : - s'appuie sur les acquis des élèves en seconde et en première, ce qui peut nécessiter la mise en place d'une évaluation diagnostique ; - est organisée autour des thèmes ; - vise la mise en œuvre par les élèves des compétences présentées dans le préambule et des capacités exigibles décrites dans le programme. Pour des raisons d'efficacité pédagogique, le questionnement scientifique, prélude à la construction des notions et des concepts, se déploiera à partir d'objets techniques, professionnels, familiers ou à partir de procédés simples ou complexes, emblématiques du monde contemporain. Cette approche crée un contexte d'apprentissage stimulant, susceptible de mobiliser les élèves autour d'activités pratiques et permettant de développer des compétences variées. Cela fournit aussi l'occasion de montrer comment les sciences physiques et chimiques peuvent contribuer à une meilleure prise de conscience des enjeux environnementaux et à l'éducation au développement durable.
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Le programme est construit autour de trois concepts-clés de physique et de chimie : l'énergie, la matière et l'information. L'énergie est au cœur de la vie quotidienne et de tous les systèmes techniques. Les
grandes questions autour des « économies d'énergie » et plus largement de développement durable ne peuvent trouver de réponse qu'avec une maîtrise de ce concept et des lois qui lui sont attachées. Le programme permet, à travers de nombreux exemples, de mettre en évidence les notions de conservation et de qualité (et donc de dégradation) de l'énergie, les notions de transfert d'énergie, de conversion d'énergie et de rendement. Pour ce qui concerne la matière, omniprésente sous forme minérale ou organique, qu'elle soit d'origine naturelle ou synthétique, le programme enrichit les modèles relatifs à sa constitution et à ses transformations. À travers l'étude de différents matériaux rencontrés dans la vie courante sont abordées les notions de liaisons, de macromolécules et d'interactions intermoléculaires pour rendre compte de propriétés macroscopiques spécifiques. Les transformations de la matière abordent les problématiques liées à la synthèse, les bilans de matière (lois de conservation) et les différents effets associées aux transformations physiques, chimiques et nucléaires (transfert thermique, travail électrique, rayonnement, travail mécanique). Les élèves sont sensibilisés au risque chimique et à la sauvegarde de l'environnement. La prise d'information, son traitement et son utilisation sont présentes dans quasiment tous les dispositifs, que ce soit pour l'optimisation de l'utilisation des ressources dans l'habitat ou dans le transport, pour l'aide au déplacement ou dans le domaine du diagnostic médical. L'étude des chaînes d'information sera l'occasion de montrer que l'information peut être transportée par différentes grandeurs physiques, de faire le lien entre les capteurs et les lois physiques mises en œuvre, d'étudier la structure d'une chaîne d'information. Dans la continuité du programme de première de physique-chimie, ces concepts sont introduits à travers trois thèmes : - Habitat : ce thème donne la possibilité d'étudier la gestion de l'énergie (sous forme
électrique, thermique, solaire, chimique), les fluides et la communication. Ce sera aussi l'occasion de s'intéresser aux produits d'entretien utilisés. - Transport : ce thème permet de mettre en place les outils nécessaires à l'étude du mouvement d'un système, d'étudier différents types de motorisation (thermique et électrique), ainsi que des dispositifs de sécurité et d'assistance au déplacement. - Santé : l'étude des outils du diagnostic fournit l'opportunité d'aborder les ondes
électromagnétiques et la radioactivité. L'objectif est de montrer que des lois importantes régissent le comportement d'objets
ou de systèmes et permettent de prévoir des évolutions et des états finaux : lois de conservation de la matière et de l'énergie. Ces thèmes font parfois appel aux mêmes concepts. Le professeur peut ainsi réinvestir, dans d'autres contextes, les connaissances et les capacités déjà introduites et travaillées lors de l'étude d'un autre thème. La pratique d'activités expérimentales permet aussi d'acquérir des compétences dans le domaine de la mesure et des incertitudes. En faisant prendre conscience à
l'élève des causes de limitation de la précision, des sources d'erreurs et de leurs implications sur la qualité de la mesure pour finalement aboutir à la validation d'une loi ou d'un modèle, on développe l'esprit critique, la capacité d'analyse et l'attitude citoyenne. L'informatique peut jouer un rôle tout à fait particulier en fournissant aux élèves les outils nécessaires à l'évaluation des incertitudes sans qu'ils soient conduits à entrer dans le détail des outils mathématiques utilisés.
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Le tableau suivant résume les notions et capacités spécifiques relatives aux mesures et à leurs incertitudes que les élèves doivent maîtriser à la fin de la formation du lycée. Ces notions diffusent dans chacun des thèmes du programme et ces capacités sont développées tout au long de l'année scolaire, dans le cadre des activités expérimentales. Elles ne font pas l'objet de séquences de cours spécifiques. Notions et contenus Capacités exigibles
Erreurs et notions associées - Identifier les différentes sources d'erreur (de limites à la précision) lors d'une mesure : variabilité du phénomène et de l'acte de mesure (facteurs liés à l'opérateur, aux instruments, etc.).
Incertitudes et notions associées
- Évaluer les incertitudes associées à chaque source d'erreur. - Comparer le poids des différentes sources d'erreur. - Évaluer l'incertitude de répétabilité à l'aide d'une formule d'évaluation fournie. - Évaluer l'incertitude d'une mesure unique obtenue à l'aide d'un instrument de mesure. - Évaluer, à l'aide d'une formule fournie, l'incertitude d'une mesure obtenue lors de la réalisation d'un protocole dans lequel interviennent plusieurs sources d'erreurs.
Expression et acceptabilité du résultat
- Maîtriser l'usage des chiffres significatifs et l'écriture scientifique. Associer l'incertitude à cette écriture. - Exprimer le résultat d'une opération de mesure par une valeur issue éventuellement d'une moyenne et une incertitude de mesure associée à un niveau de confiance. - Évaluer la précision relative. - Déterminer les mesures à conserver en fonction d'un critère donné. - Commenter le résultat d'une opération de mesure en le comparant à une valeur de référence. - Faire des propositions pour améliorer la démarche.
Habitat Gestion de l'énergie dans l'habitat
Notions et contenus Capacités exigibles
Énergie solaire : conversions photovoltaïque et thermique. Modèle corpusculaire de la lumière, le photon. Énergie d'un photon.
- Citer les modes d'exploitation de l'énergie solaire au service de l'habitat. - Schématiser les transferts et les conversions d'énergie mises en jeu dans un dispositif utilisant l'énergie solaire dans l'habitat ; donner des ordres de grandeur des échanges. - Interpréter les échanges d'énergie entre lumière et matière à l'aide du modèle corpusculaire de la lumière.
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- Mettre en œuvre une cellule photovoltaïque. Effectuer expérimentalement le bilan énergétique d'un panneau photovoltaïque.
Les fluides dans l'habitat
Notions et contenus Capacités exigibles
Pression dans un fluide parfait et incompressible en équilibre : pressions absolue, relative et différentielle. Équilibre d'un fluide soumis à la pesanteur. Écoulement stationnaire. Débit volumique et massique.
- Mesurer des pressions (absolue et relative). - Citer et exploiter le principe fondamental de l'hydrostatique. - Expliciter la notion de vitesse moyenne d'écoulement dans une canalisation. - Mesurer un débit. - Citer et appliquer la loi de conservation de la masse.
États de la matière. Transfert thermiques et changements d'état. Transformations physiques et effets thermiques associés
- Différencier les différentes transformations liquide-vapeur pour l'eau : évaporation, ébullition. - Associer un changement d'état au niveau macroscopique à l'établissement ou la rupture d'interactions entre entités au niveau microscopique. - Utiliser un diagramme d'état (P, T) pour déterminer l'état d'un fluide lors d'une transformation. - Utiliser l'enthalpie de changement d'état pour effectuer un bilan énergétique.
La communication dans l'habitat
Notions et contenus Capacités exigibles
Ondes électromagnétiques. Spectre des ondes utilisées en communication. Champ électrique, champ magnétique.
- Classer les ondes électromagnétiques selon leur fréquence et leur longueur d'onde dans le vide. - Positionner le spectre des ondes utilisées pour les communications dans l'habitat. - Définir et mesurer les grandeurs physiques associées à une onde : période, fréquence, longueur d'onde, célérité. - Énoncer qu'une onde électromagnétique se propage dans le vide. - Décrire la structure d'une onde électromagnétique : champ magnétique, champ électrique. - Relier qualitativement le champ électrique d'une onde électromagnétique en un point à la puissance et à la distance de la source.
Mesure des grandeurs physiques dans l'habitat.
- Citer quelques exemples de capteurs et de détecteurs utilisés dans l'habitat. - Préciser les grandeurs d'entrée et de sortie ainsi que le phénomène physique auquel la grandeur d'entrée est sensible. - Distinguer les deux types de grandeurs :
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analogiques ou numériques. - Mettre en œuvre expérimentalement une chaîne de mesure simple utilisée en communication dans l'habitat.
Entretien et rénovation dans l'habitat
Notions et contenus Capacités exigibles
Réactions acide-base et transferts de protons. Solutions acides, basiques. pH.
- Citer des produits d'entretien couramment utilisés dans l'habitat (détartrants, déboucheurs, savons, détergents, désinfectants, dégraissants, etc.) ; reconnaître leur nature chimique et leur précaution d'utilisation (étiquette, pictogramme). - Définir les termes suivants : acide, base, couple acide-base. - Écrire une réaction acide-base, les couples acide-base étant donnés. - Citer le sens de variation du pH en fonction de l'évolution de la concentration en H+(aq).
Solubilisation. Solvants de nettoyage.
- Choisir un solvant pour éliminer une espèce chimique à partir de données sur sa solubilité ou à partir d'une démarche expérimentale.
Transport Mise en mouvement
Notions et contenus Capacités exigibles
Actions mécaniques : forces, moment de force, couples et moment d'un couple. Transfert d'énergie par travail mécanique (force constante ; couple constant). Puissance moyenne. Conservation et non-conservation de l'énergie mécanique. Frottements de contact entre solides ; action d'un fluide sur un solide en mouvement relatif.
- Identifier, inventorier, caractériser et modéliser les actions mécaniques s'exerçant sur un solide. - Associer une variation d'énergie cinétique au travail d'une force ou d'un couple. - Relier l'accélération à la valeur de la résultante des forces extérieures ou au moment du couple résultant dans le cas d'un mouvement uniformément accéléré. - Écrire et exploiter l'expression du travail d'une force constante ou d'un couple de moment constant. - Associer la force de résistance aérodynamique à une force de frottement fluide proportionnelle à la vitesse au carré et aux paramètres géométriques d'un objet en déplacement.
Transformation chimique et transfert d'énergie sous forme thermique. Combustion.
- Citer différents carburants utilisés et leur mode de production (pétrochimie, agrochimie, bio-industries, etc.). - Utiliser le modèle de la réaction pour prévoir les quantités de matière nécessaires et l'état final d'un système. - Déterminer expérimentalement l'énergie libérée au cours de la combustion d'un hydrocarbure, puis confronter à la valeur calculée à partir d'enthalpies de combustion tabulées. - Citer les dangers liés aux combustions et les
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moyens de prévention et de protection.
Transformation chimique et transfert d'énergie sous forme électrique. Piles, accumulateurs, piles à combustible.
- Citer les caractéristiques des piles et leurs évolutions technologiques. - Identifier l'oxydant et le réducteur mis en jeu dans une pile à partir de la polarité de la pile ou des couples oxydant/réducteur. - Écrire les équations des réactions aux électrodes. - Expliquer le fonctionnement d'une pile, d'un accumulateur, d'une pile à combustible. - Utiliser le modèle de la réaction pour prévoir la quantité d'électricité totale disponible dans une pile. - Associer charge et décharge d'un accumulateur à des transferts et conversions d'énergie. - Définir les conditions d'utilisation optimales d'une batterie d'accumulateurs : l'énergie disponible, le courant de charge optimum et le courant de décharge maximal.
Chaînes énergétiques. Énergie et puissance. Puissance absorbée ; puissance utile ; réversibilité ; rendement. Convertisseurs électromécaniques d'énergie ; réversibilité. Rendement de conversion.
- Décrire et schématiser les transferts ou les transformations d'énergie mises en jeu dans le déplacement d'un objet en mouvement en distinguant notamment les mouvements à accélération constante et les mouvements à vitesse constante. - Comparer des ordres de grandeur des énergies stockées dans différents réservoirs d'énergie. - Écrire et exploiter la relation entre une variation d'énergie et la puissance moyenne. - Évaluer l'autonomie d'un système mobile autonome ; la comparer aux données du constructeur. - Décrire les étapes conduisant de la combustion à l'énergie mécanique. Donner un ordre de grandeur du rendement. - Déterminer expérimentalement le rendement d'un moteur électrique. - Exploiter la caractéristique mécanique d'un moteur électrique et déterminer un point de fonctionnement.
Longévité et sécurité
Notions et contenus Capacités exigibles
Des matériaux résistants : contraintes mécaniques et thermiques, corrosion.
- Distinguer les différentes familles de matériaux présentes dans un dispositif de transport et relier leurs propriétés physico-chimiques à leur utilisation. - Illustrer le rôle des différents facteurs agissant sur la corrosion des métaux et le vieillissement des matériaux.
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- Prévoir différents moyens de protection et vérifier expérimentalement leur efficacité.
L'assistance au déplacement
Notions et contenus Capacités exigibles
Mesure des grandeurs physiques dans un dispositif de transport.
- Citer quelques exemples de capteurs et de détecteurs utilisés dans un dispositif de transport. - Préciser les grandeurs d'entrée et de sortie ainsi que le phénomène physique auquel la grandeur d'entrée est sensible. - Distinguer les deux types de grandeurs : analogiques ou numériques. - Interpréter le spectre d'un signal périodique : déterminer la fréquence du fondamental, déterminer les harmoniques non nuls. - Mettre en œuvre expérimentalement une chaîne de mesure simple (conditionneur de capteur, conditionneur de signal, numérisation, etc.)
Santé Quelques outils du diagnostic médical
Notions et contenus Capacités exigibles
Ondes électromagnétiques ; rayonnements gamma, X, UV, visible, IR.
- Classer les ondes électromagnétiques selon leur fréquence, leur longueur d'onde dans le vide et leur énergie. - Expliciter la dépendance entre la puissance rayonnée par un corps et sa température. - Exploiter le lien entre la température d'un corps et la longueur d'onde pour laquelle l'émission de lumière est maximale.
Réflexion, absorption et transmission des ondes électromagnétiques.
- Associer l'absorption d'une onde électromagnétique à la nature du milieu concerné.
Champ magnétique : sources de champ magnétique (Terre, aimant, courant). Sources de champ magnétique intenses : électro-aimant supraconducteur.
- Mettre en évidence expérimentalement l'existence d'un champ magnétique et déterminer ses caractéristiques. - Citer quelques ordres de grandeur de champ magnétique.
Prévention et soin
Notions et contenus Capacités exigibles
Radioactivité. Isotopes. Activité. Décroissance radioactive et demi-vie. Protection contre les risques de la radioactivité.
- Citer les différents types de radioactivité et préciser la nature des particules émises ou des rayonnements émis. - Définir l'isotopie et reconnaître des isotopes. - Positionner le rayonnement gamma dans le spectre des ondes électromagnétiques. - Interpréter les échanges d'énergie entre rayonnement et matière à l'aide du modèle corpusculaire.
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- Exploiter une courbe de décroissance radioactive et le temps de demi-vie d'une espèce radioactive. - Citer l'unité de mesure de la dose d'énergie absorbée. - Citer les risques liés aux espèces radioactives et exploiter une documentation pour choisir des modalités de protection.
MATHÉMATIQUES
(4 h dont 1 h de TD)
L’enseignement des mathématiques au collège et au lycée a pour but de donner à chaque élève la culture mathématique indispensable à sa vie de citoyen et les bases nécessaires à son projet de poursuite d’études. Le cycle terminal de la série STL permet l’acquisition d’un bagage mathématique qui favorise une adaptation aux différents cursus accessibles aux élèves, en développant leurs capacités à mobiliser des méthodes mathématiques appropriées au traitement de situations scientifiques et technologiques et, plus largement, en les formant à la pratique d’une démarche scientifique. L’apprentissage des mathématiques cultive des compétences qui facilitent une formation tout au long de la vie et aident à mieux appréhender une société en évolution. Au-delà du cadre scolaire, il s’inscrit dans une perspective de formation de l’individu. Objectif général
Outre l’apport de nouvelles connaissances, le programme vise le développement des compétences suivantes : • mettre en œuvre une recherche de façon autonome ; • mener des raisonnements ; • avoir une attitude critique vis-à-vis des résultats obtenus ; • communiquer à l’écrit et à l’oral. Mise en œuvre du programme
Le programme s’en tient à un cadre et à un vocabulaire théorique modestes, mais suffisamment efficaces pour l’étude de situations usuelles et assez riches pour servir de support à une formation solide. Les enseignants de mathématiques doivent avoir régulièrement accès aux laboratoires afin de favoriser l’établissement de liens forts entre la formation mathématique et les formations dispensées dans les enseignements scientifiques et technologiques. Cet accès permet de : • prendre appui sur les situations expérimentales rencontrées dans ces enseignements ;
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• connaître les logiciels utilisés et l’exploitation qui peut en être faite pour illustrer les concepts mathématiques ; • prendre en compte les besoins mathématiques des autres disciplines. Utilisation d’outils logiciels L’utilisation de logiciels, d’outils de visualisation et de simulation, de calcul (formel ou scientifique) et de programmation change profondément la nature de l’enseignement en favorisant une démarche d’investigation. En particulier lors de la résolution de problèmes, l’utilisation de logiciels de calcul formel peut limiter le temps consacré à des calculs très techniques afin de se concentrer sur la mise en place de raisonnements. L’utilisation de ces outils intervient selon trois modalités : • par le professeur, en classe, avec un dispositif de visualisation collective ; • par les élèves, sous forme de travaux pratiques de mathématiques ; • dans le cadre du travail personnel des élèves hors de la classe. Raisonnement et langage mathématiques
Comme en classe de seconde, les capacités d’argumentation et de logique font partie intégrante des exigences du cycle terminal. Les concepts et méthodes relevant de la logique mathématique ne font pas l’objet de cours spécifiques mais prennent naturellement leur place dans tous les champs du programme. Il convient cependant de prévoir des temps de synthèse. De même, le vocabulaire et les notations mathématiques ne sont pas fixés d’emblée, mais sont introduits au cours du traitement d’une question en fonction de leur utilité. Diversité de l’activité de l’élève
Les activités proposées en classe et hors du temps scolaire prennent appui sur la résolution de problèmes essentiellement en lien avec d’autres disciplines. Il convient de privilégier une approche des notions nouvelles par l’étude de situations concrètes. L’appropriation des concepts se fait d’abord au travers d’exemples avant d’aboutir à des développements théoriques, à effectuer dans un deuxième temps. De nature diverse, les activités doivent entraîner les élèves à : • chercher, expérimenter, modéliser, en particulier à l’aide d’outils logiciels ; • choisir et appliquer des techniques de calcul ; • mettre en œuvre des algorithmes ; • raisonner et interpréter, valider, exploiter des résultats ; • expliquer oralement une démarche, communiquer un résultat par oral ou par écrit. Des éléments d’histoire des mathématiques, des sciences et des techniques peuvent s’insérer dans la mise en œuvre du programme. Connaître le nom de quelques scientifiques célèbres, la période à laquelle ils ont vécu et leur contribution, fait partie intégrante du bagage culturel de tout élève ayant une formation scientifique. Les travaux hors du temps scolaire sont impératifs pour soutenir les apprentissages des élèves. Fréquents, de longueur raisonnable et de nature variée, ces travaux sont essentiels à la formation des élèves. Ils sont conçus de façon à prendre en compte la diversité des aptitudes des élèves.
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Les modes d’évaluation prennent également des formes variées, en phase avec les objectifs poursuivis. En particulier, l’aptitude à mobiliser l’outil informatique dans le cadre de la résolution de problèmes est à évaluer. Organisation du programme Le programme fixe les objectifs à atteindre en termes de capacités. Il est conçu pour favoriser une acquisition progressive des notions et leur pérennisation. Son plan n’indique pas la progression à suivre, cette dernière devant s’adapter aux besoins des autres enseignements. À titre indicatif, on pourrait consacrer environ 70% du temps à l’analyse. Les capacités attendues dans le domaine de l’algorithmique d’une part et du raisonnement d’autre part sont rappelées en fin de programme. Les exigences doivent être modestes et conformes à l’esprit de la filière. Les commentaires notés � distinguent des thèmes pouvant se prêter à des ouvertures interdisciplinaires, en concertation avec les professeurs d’autres disciplines scientifiques.
3. Analyse
On poursuit, en classe terminale, l’apport d’outils permettant de traiter un plus grand nombre de problèmes relevant de la modélisation de phénomènes continus ou discrets. Le travail sur les suites géométriques et les fonctions exponentielles permet de s’interroger sur le passage du discret au continu et inversement, variant ainsi les approches des problèmes et les modes de résolution. Cette partie est organisée selon quatre objectifs principaux : • Consolider l’ensemble des fonctions mobilisables. On enrichit cet ensemble de nouvelles fonctions de référence : les fonctions logarithmes, exponentielles et puissances. • Travailler la notion de limite. En classe de première, l’étude des suites a été l’occasion de découvrir la notion de limite. En classe terminale, la notion de limite est vue à travers celle des suites géométriques puis celle des fonctions, sans qu’aucune formalisation ne soit attendue. Cette étude, tant pour ces suites que pour les fonctions, demande à être accompagnée d’une approche graphique et numérique et à s’appuyer sur des situations variées issues des autres disciplines. Les objectifs essentiels sont la compréhension de cette notion ainsi que la recherche éventuelle de seuils ; la pratique de la recherche de limites n’a pas à être développée. • Introduire le calcul intégral. La notion d’intégrale est introduite à partir de celle d’aire. Le calcul intégral, bien que modestement développé, se révèle un outil efficace tant en mathématiques que dans les autres disciplines. • Découvrir la notion d’équation différentielle. La notion d’équation différentielle est introduite et travaillée dans le cadre de situations variées, par exemple les phénomènes d’évolution dans le monde du vivant, les phénomènes de saturation ou la cinétique chimique. Le programme propose l’étude d’une équation différentielle simple du premier ordre mais, selon les besoins des autres disciplines, on peut en étudier d’autres. L’accent est mis sur la diversité des approches numérique et graphique qui contribuent à l’appropriation des concepts mathématiques.
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4. Statistique et probabilités
En statistique et probabilités, on approfondit le travail mené les années précédentes en l’enrichissant selon trois objectifs principaux : • Élargir la statistique descriptive à l’étude de séries de données quantitatives à deux variables. C’est un outil très utilisé dans d’autres disciplines pour analyser, interpréter et prévoir. • Découvrir et exploiter des exemples de lois à densité. On aborde ici le champ des problèmes à données continues. La loi uniforme fournit un cadre simple pour découvrir le concept de loi à densité et les notions afférentes. Le travail se poursuit dans le cadre des lois exponentielle et normale où le lien entre probabilité et aire est consolidé. La loi normale, fréquemment rencontrée dans les autres disciplines, doit être l’occasion d’un travail interdisciplinaire. • Compléter la problématique de la prise de décision par celle de l’estimation par intervalle de confiance. On s’appuie sur la loi normale et, en mathématiques, on se limite au cadre d’une proportion. Toutefois, la pertinence des méthodes statistiques utilisées dans les disciplines scientifiques et technologiques, en particulier l’estimation d’une moyenne, peut s’observer par simulation. Dans cette partie, le recours aux représentations graphiques et aux simulations est indispensable.
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Algorithmique En seconde, les élèves ont conçu et mis en œuvre quelques algorithmes. Cette formation se poursuit tout au long du cycle terminal. Dans le cadre de cette activité algorithmique, les élèves sont entraînés à : • décrire certains algorithmes en langage naturel ou dans un langage symbolique ; • en réaliser quelques-uns à l’aide d’un tableur ou d’un programme sur calculatrice ou avec un logiciel adapté ; • interpréter des algorithmes plus complexes. Aucun langage, aucun logiciel n’est imposé. L’algorithmique a une place naturelle dans tous les champs des mathématiques et les problèmes posés doivent être en relation avec les autres parties du programme (algèbre et analyse, statistiques et probabilités, logique), mais aussi avec les autres disciplines ou le traitement de problèmes concrets. À l’occasion de l’écriture d’algorithmes et de programmes, il convient de donner aux élèves de bonnes habitudes de rigueur et de les entraîner aux pratiques systématiques de vérification et de contrôle. Instructions élémentaires (affectation, calcul, entrée, sortie) Les élèves, dans le cadre d’une résolution de problèmes, doivent être capables : • d’écrire une formule permettant un calcul ; • d’écrire un programme calculant et donnant la valeur d’une fonction, ainsi que les instructions d’entrées et sorties nécessaires au traitement. Boucle et itérateur, instruction conditionnelle
Les élèves, dans le cadre d’une résolution de problèmes, doivent être capables de :
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• programmer un calcul itératif, le nombre d’itérations étant donné ; • programmer une instruction conditionnelle, un calcul itératif, avec une fin de boucle conditionnelle. Notations et raisonnement mathématiques Cette rubrique, consacrée à l’apprentissage des notations mathématiques et à la logique, ne doit pas faire l’objet de séances de cours spécifiques mais doit être répartie sur toute l’année scolaire. Notations mathématiques Les élèves doivent connaître les notions d’élément d’un ensemble, de sous-ensemble, d’appartenance et d’inclusion, de réunion, d’intersection et de complémentaire et savoir utiliser les symboles de
base correspondants : ∈, ⊂, ∪ , ∩ ainsi que la notation des ensembles de nombres et des intervalles. Pour le complémentaire d’un ensemble A, on utilise la notation des probabilités A . Pour ce qui concerne le raisonnement logique, les élèves sont entraînés sur des
exemples à : • utiliser correctement les connecteurs logiques « et », « ou » et à distinguer leur sens des sens courants de « et », « ou » dans le langage usuel ; • utiliser à bon escient les quantificateurs universel, existentiel (les symboles ∀, ∃ ne sont pas exigibles) et repérer les quantifications implicites dans certaines propositions et, particulièrement, dans les propositions conditionnelles ; • distinguer, dans le cas d’une proposition conditionnelle, la proposition directe, sa réciproque, sa contraposée et sa négation ; • utiliser à bon escient les expressions « condition nécessaire », « condition suffisante » ; • formuler la négation d’une proposition ; • utiliser un contre-exemple pour infirmer une proposition universelle ; • reconnaître et utiliser des types de raisonnement spécifiques : raisonnement par disjonction des cas, recours à la contraposée, raisonnement par l’absurde.
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