Thème 1
REPRÉSENTATION VISUELLE
Les images traduisent elles la réalité du monde qui nous entoure ?
Semaine 01
De l’œil au cerveau
SÉQUENCE 1 : ÉTUDE DU FONCTIONNEMENT D’UN SYSTEME OPTIQUE : L’ŒIL
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Notions et Contenus
Conditions de visibilité d’un objet..
Approche historique de la conception de la vision
Modèle réduit de l’œil.
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Compétences attendues
Exploiter les conditions de visibilité d’un objet.
Porter un regard critique sur une conception de la vision à partir de l’étude d’un document.
Décrire le modèle de l’œil réduit et le mettre en correspondance avec l’œil réel.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale : Étude du modèle réduit de l’œil.
Objectifs : Décrire le modèle réduit de l’œil et le mettre en correspondance avec l’œil réel.
Situation déclenchante :
Parmi les différents objets présentés, lequel a un fonctionnement qui rappel un organe humain ?
Étude de document : « Historique des conceptions sur la vision »
Françoise JAUZEIN
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Semaine 02
De l’œil au cerveau
SÉQUENCE 2 : LENTILLES ET FORMATION DES IMAGES OPTIQUES
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Notions et Contenus
Lentilles minces convergentes, divergentes. Eléments caractéristiques d’une lentille mince convergente : centre optique, axe optique, foyers, distance focale.
Construction géométrique de l’image d’un petit objet plan donnée par une lentille convergente.
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Compétences attendues
Reconnaître la nature convergente ou divergente d’une lentille mince. Représenter symboliquement une lentille mince convergente ou divergente.
Déterminer graphiquement la position, la grandeur et le sens de l’image d’un objet-plan donnée par une lentille convergente.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale : Étude des lentilles minces
Objectifs : Reconnaitre les natures convergente ou divergente d’une lentille mince.
Situation déclenchante :
On dépose sur la paillasse des lentilles convergentes et divergentes. On demande aux élèves d’interpréter le document ci-dessous.
Attention danger !
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Activité : Construction géométrique d’images données par une lentille convergente. Utilisation de logiciel optique (microméga Hatier)
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Semaine 03
De l’œil au cerveau
SÉQUENCE 3 : PRINCIPE DE LA CORRECTION DE CERTAINS DÉFAUTS DE L’ŒIL
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Notions et Contenus
Punctum proximum et punctum remotum.
Défauts de l’œil : myopie, hypermétropie et presbytie.
Principe de correction de ces défauts par des lentilles minces ou par modification de la courbure de la cornée ; vergence.
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Compétences attendues
Modéliser l’accommodation du cristallin.
Reconnaître la nature du défaut d’un œil à partir des domaines de vision et inversement.
Associer à chaque défaut un ou plusieurs modes de correction possibles.
Exploiter la relation liant la vergence et la distance focale.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Modélisation de l’accommodation de l’œil sur banc d’optique
Objectifs : Modéliser l’accommodation du cristallin.
Situation déclenchante :
Expérience : On demande aux élèves en gardant un œil ouvert, de lire un texte proche d’eux tout en regardant l’horizon.
Quel est le lien avec les photos suivantes ?
   
Autre situation possible : On demande aux élèves leur point de vue sur la proposition suivante :
« Je suis capable de rester plus longtemps à lire sur l’écran de mon ordinateur sans me fatiguer que de regarder l’horizon sans interruption. »
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Semaine 04
De l’œil au cerveau
SÉQUENCE 4 : NOTIONS DE COLORANTS ET DE PIGMENTS
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Notions et Contenus
Colorants et pigments.
Approche historique.
Influence d’un ou plusieurs paramètres sur la couleur de certaines espèces chimiques
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Compétences attendues
Rechercher et exploiter des informations portant sur les pigments, les colorants et leur utilisation dans le domaine des arts.
Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la présence de différents colorants dans un mélange.
Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence l’influence de certains paramètres sur la couleur d’espèces chimiques.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Colorants dans une boisson au soda
Objectifs : Mise en évidence expérimentale de différents colorants dans un mélange.
Situation déclenchante :
Présenter un verre contenant un mélange de deux sodas de couleurs différentes.
Présenter les différentes couleurs qui pourraient avoir été utilisées.
Demander aux élèves d’indiquer les sodas qui ont été utilisés pour réaliser la boisson.
Activité expérimentale: Un colorant a-t-il une couleur déterminée ? (phénomène de métachromasie)
Objectifs : Mise en évidence de l’influence de certains paramètres sur la couleur d’espèces chimiques
Situation déclenchante : Utilisation de la couleur pour l’analyse des eaux de piscine.
Disposer différents échantillons d’eau identifiés par des lettres (eau acide, eau basique, eau neutre, eau de mer, eau de piscine de bonne qualité, eau de piscine de mauvaise qualité) sur la paillasse. Demander aux élèves quelle eau est la plus appropriée pour la baignade en piscine. Mettre en évidence sur la paillasse les bandelettes tests de qualité.
Étude de document : « Le bleu : histoire, colorants, variété »
(extrait du site futura-sciences.com)
Étude de document : « Les dangers, les risques des tatouages avec l’henné »
(extrait du site danger-sante.org)
Étude de document : « Des colorants naturels à la conservation : La chimie au service des œuvres d’art »
Bibliographie : - Ministère de la culture et de la communication, La vie mystérieuse des chefs-d’œuvre ; la science au service de l’art, éditions de la réunion des musées nationaux, Paris, 1980.
- G.Delcroix, C. Scemla, Sauvegarde du patrimoine culturel, mobilier et immobilier. Guide-répertoire, Association internationale pour la sauvegarde du patrimoine culturel, ARENA, Paris, 1988.
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Semaine 05
De l’œil au cerveau
SÉQUENCE 5 : COULEURS ET ARTS
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Notions et Contenus
Synthèse soustractive ; synthèse additive.
Application à la peinture et à l’impression couleur.
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Compétences attendues
Distinguer synthèses soustractive et additive.
Exploiter un cercle chromatique.
Interpréter la couleur d’un mélange obtenu à partir de matières colorées.
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ACTVITÉS
Étude de document : « La chimie crée sa couleur… sur la palette du peintre »
Bernard VALEUR
Conservatoire National des Arts et Métiers & École Normale Supérieure de Cachan
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Thème 2
NOURRIR L’HUMANITÉ
Comment l’humanité gère-t-elle les processus physiques, chimiques et biologiques de la transformation et de la conservation des aliments ?
Semaine 06
Vers une agriculture durable au niveau de la planète
SÉQUENCE 6 : QUALITÉ DES SOLS
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Notions et Contenus
Le sol : milieu d’échanges de matière.
Engrais et produits phytosanitaires ; composition chimique.
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Compétences attendues
Exploiter des documents et mettre en œuvre un protocole pour comprendre les interactions entre le sol et une solution ionique en termes d’échanges d’ions.
Mettre en œuvre un protocole expérimental pour doser par comparaison une espèce présente dans un engrais ou dans un produit phytosanitaire.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Mise en évidence des ions nitrate dans l’eau de ruissèlement d’une bananeraie par différentes méthodes (anneau de Richmond, test au zinc, test au cuivre).
Objectifs : Mettre en œuvre un protocole expérimental pour comprendre les interactions entre le sol et une solution ionique en termes d’échanges d’ions.
Situation déclenchante :
Activité expérimentale: Utilisation d’une échelle de teinte pour doser des ions fer dans un engrais.
Objectifs : Mettre en œuvre un protocole expérimental pour doser par comparaison une espèce présente dans un engrais ou dans un produit phytosanitaire.
Situation déclenchante :
Étude de document :
«Les mécanismes d’échanges entre la solution du sol et le complexe argilo-humique »
(extrait du site agro-systemes.com)
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Semaine 07
Vers une agriculture durable au niveau de la planète
SÉQUENCE 7 : QUALITÉ DES EAUX
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Notions et Contenus
Eau de source, eau minérale, eau de robinet ; composition chimique d’une eau de consommation.
Critères physicochimiques de potabilité d’une eau.
Traitement des eaux naturelles.
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Compétences attendues
Réaliser une analyse qualitative d’une eau.
Rechercher et exploiter des informations concernant :
- la potabilité d’une eau ;
- le traitement des eaux naturelles ;
- l’adoucissement d’une eau dure.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Mise en évidence des ions calcium Ca2+ et magnésium Mg2+ dans des eaux minérales.
Objectifs : Réaliser une analyse qualitative d’une eau.
Situation déclenchante :
Expérience : Faire l’expérience de mousser du savon dans deux eaux : l’une dure, l’autre légère.
Étude de document : « Principaux paramètres de potabilité des eaux souterraines »
(extrait du site u-picardie.fr)
Étude de document : « Comment diminuer la dureté de l’eau ?»
(extrait du site ecoconso.be)
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Semaine 08
Qualité et innocuité des aliments : le contenu de nos assiettes
SÉQUENCE 8 : NÉCESSITÉ DE CONSERVATION DES ALIMENTS
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Notions et Contenus
Effet du dioxygène de l’air et de la lumière sur certains aliments.
Rôle de la lumière et de la température dans l’oxydation des produits naturels.
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Compétences attendues
Mettre en œuvre un protocole pour mettre en évidence l’oxydation des aliments.
Distinguer une transformation physique d’une réaction chimique.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Action du dioxygène sur un produit alimentaire (fruit, produits laitiers…)
Objectifs : Mettre en œuvre un protocole pour mettre en évidence l’oxydation des aliments.
Situation déclenchante :
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Semaine 09
Qualité et innocuité des aliments : le contenu de nos assiettes
SÉQUENCE 9 : PROCÉDÉS DE CONSERVATION DES ALIMENTS
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Notions et Contenus
Conservation des aliments par procédé physique et par procédé chimique.
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Compétences attendues
Associer un changement d’état à un processus de conservation.
Extraire et organiser des informations pour :
- rendre compte de l’évolution des modes de conservation des aliments ;
- analyser la formulation d’un produit alimentaire.
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ACTVITÉS
Étude de document :
« Conservation des aliments : il n'y a pas que le froid »
(extrait du site larecherche.fr)
« Emballage et stockage du lait en poudre»
(extrait du site agroscope.admin.ch)
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Semaine 10
Qualité et innocuité des aliments : le contenu de nos assiettes
SÉQUENCE 10 : LES ÉMULSIONS DANS L’ALIMENTATION
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Notions et Contenus
Structure simplifiée des lipides.
Espèces tensioactives ; partie hydrophile, partie hydrophobe.
Formation de micelles.
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Compétences attendues
Interpréter le rôle d’une espèce tensioactive dans la stabilisation d’une émulsion.
Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence les conditions physicochimiques nécessaires à la réussite d’une émulsion culinaire.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Microémulsions et agents lavants tensioactifs des lessives
Objectifs : Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence les conditions physicochimiques nécessaires à la réussite d’une émulsion culinaire.
Situation déclenchante :
Réussir à faire de la mousse de savon, à ton avis, c’est un bon départ pour : laver à l’eau, faire une mayonnaise, faire une liqueur ?
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Thème 3
LE DÉFI ÉNERGÉTIQUE
En quoi la science permet-elle de répondre aux défis rencontrés par l’Homme dans sa volonté de développement tout en préservant la planète ?
Semaine 11
Activités humaines et besoins en énergie
SÉQUENCE 11 : LES BESOINS ÉNERGÉTIQUES DANS LES ACTIVITÉS HUMAINES
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Notions et Contenus
Besoins énergétiques engendrés par les activités humaines : industries, transports, usages domestiques.
Quantification de ces besoins : puissance, énergie.
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Compétences attendues
Exploiter des documents et/ou des illustrations expérimentales pour mettre en évidence différentes formes d’énergie.
Connaître et utiliser la relation liant puissance et énergie.
Rechercher et exploiter des informations sur des appareils de la vie courante et sur des installations industrielles pour porter un regard critique sur leur consommation énergétique et pour appréhender des ordres de grandeur de puissance.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale: Étude d’un cycle énergétique (soleil + cellule photovoltaïque + moteur + ampoule)
ou Étude d’une centrale hydraulique (à partir de la maquette Jeulin)
Objectifs : illustrations expérimentales pour mettre en évidence différentes formes d’énergie.
Situation déclenchante :
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Rechercher le lien qui existe entre ces différents éléments ?
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Étude de document : « Électroménager, la basse consommation attitude»
(extrait du site consogloble.com)
Étude de document : « Réduction énergétique dans la réfrigération industrielle et les systèmes de climatisation»
(extrait du site thermofin.net)
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Semaine 12
Utilisation des ressources énergétiques disponibles
SÉQUENCE 12 : LES DIFFÉRENTES RESSOURCES ÉNERGÉTIQUES
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Notions et Contenus
Ressources énergétiques et durées caractéristiques associées (durée de formation et durée estimée d’exploitation des réserves).
Ressources non renouvelables :
- fossiles (charbon, pétroles et gaz naturels) ;
- fissiles (uranium : isotopes, : isotope fissile).
Ressources renouvelables.
Le Soleil, source de rayonnement.
Exploitation des ressources renouvelables.
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Compétences attendues
Rechercher et exploiter des informations pour :
- associer des durées caractéristiques à différentes ressources énergétiques ;
- distinguer des ressources d’énergie renouvelables et non renouvelables ;
- identifier des problématiques d’utilisation de ces ressources.
Mettre en œuvre un protocole pour séparer les constituants d’un mélange de deux liquides par distillation fractionnée.
Utiliser la représentation symbolique  pour distinguer des isotopes.
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ACTVITÉS
Activité expérimentale : Distillation fractionnée d’un mélange eau-propanone
Objectifs : Mettre en œuvre un protocole pour séparer les constituants d’un mélange de deux liquides par distillation fractionnée.
Situation déclenchante :
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Que peut-il bien contenir ?
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Étude de document :
« Les ressources renouvelables sont-elles inépuisables ? »
(extrait du site blogalwarming.com)
« Ressources énergétiques et consommation du monde »
(extrait du site worldlingo.com)
« Énergie solaire : la ressource énergétique renouvelable la plus abondante »
(extrait du site Solaire-plus.fr)
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Semaine 13
Utilisation des ressources énergétiques disponibles
SÉQUENCE 13 : CONVERSION DE L’ÉNERGIE, LES CENTRALES ÉLECTRIQUES THERMIQUES
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Notions et Contenus
Conversion d’énergie.
Centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire.
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Compétences attendues
Schématiser une chaîne énergétique pour interpréter les transformations d’énergie en termes de conversion et de dégradation.
Identifier les différentes formes d’énergie intervenant dans une centrale thermique à combustible fossile ou nucléaire.
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ACTVITÉS
Étude de document :
« L’énergie dans tous ses états»
(extrait du site cea.fr)
« Une découverte intéressante pour convertir l’énergie électrique en un carburant »
(extrait du site france-info.com)
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Semaine 14
Utilisation des ressources énergétiques disponibles
SÉQUENCE 14 : LES RÉACTIONS DANS LES PROCESSUS DE CONVERSION DE L’ÉNERGIE
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Notions et Contenus
Réaction de combustion.
Réaction de fission.
Réaction de fusion.
Le Soleil, siège de réactions de fusion nucléaire.
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Compétences attendues
Interpréter l’équation d’une réaction nucléaire en utilisant la notation symbolique du noyau .
À partir d’exemples données d’équations de réactions nucléaires, distinguer fission et fusion.
Exploiter les informations d’un document pour comparer les énergies mises en jeu dans des réactions nucléaires et dans des réactions chimiques.
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ACTVITÉS
Étude de document :
« La production d’électricité mondiale »
(extrait du site Association nucléaire canadienne, cna.ca)
« Énergies fossiles et fissile »
(extrait du site futura24.voila.net)
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Semaine 15
Optimisation de la gestion et de l’utilisation de l’énergie
SÉQUENCE 15 : TRANSPORT ET STOCKAGE DE L’ÉNERGIE
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Notions et Contenus
Transport et stockage de l’énergie.
Accumulateur électrochimique et pile à combustible.
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Compétences attendues
Rechercher et exploiter des informations pour comprendre :
- la nécessité de stocker et de transporter l’énergie ;
- l’utilisation de l’électricité comme mode de transfert de l’énergie ;
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ACTVITÉS
Étude de document :
« Stockage d’énergie dans des atolls artificiels »
(extrait du site energythic.com)
« Stockage d’énergie par pompage turbinage »
(extrait du site ecosources.info)
« Appareil électrique producteur de chaleur : le convecteur »
(extrait du site installations-electriques.net)
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Semaine 16
Optimisation de la gestion et de l’utilisation de l’énergie
SÉQUENCE 16 : INCONVÉNIENTS DE L’EXPLOITATION DE RESSOURCES ÉNERGÉTIQUES
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Notions et Contenus
Sous-produits de l’industrie nucléaire. Décroissance radioactive.
Effet de serre.
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Compétences attendues
Analyser une courbe de décroissance radioactive.
Rechercher et exploiter des informations pour comprendre la problématique de la gestion des déchets radioactifs.
Faire preuve d’esprit critique : discuter des avantages et des inconvénients de l’exploitation d’une ressource énergétique, y compris en terme d’empreinte environnementale.
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ACTVITÉS
Étude de document :
« Déchets radioactifs : un plan de gestion « sui enterre le problème » selon le réseau Sortir du nucléaire »
Florence Roussel (extrait du site actu-environnement.com)
« Le cœur du problème : les déchets à vie longue »
(extrait du site larecherche.fr)
« Avantages et inconvénients du gaz naturel »
(extrait du site Samuel.benoit.free.fr)
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