Cours de PCT 3ème - Physique-Chimie-Technologie PDF

PCT 3ème NEW LOOK APC Livre de Physique-Chimie-Technologie PAR : LEDOUX TAKOUO 1  PCT 3ème NEW LOOK APC MODULE 1 LA MATIÈRE : SES PROPRIÉTES ET SES TRANSFORMATIONS...

PCT 3ème NEW LOOK APC Livre de Physique-Chimie-Technologie PAR : LEDOUX TAKOUO 1  PCT 3ème NEW LOOK APC MODULE 1 LA MATIÈRE : SES PROPRIÉTES ET SES TRANSFORMATIONS FAMILLE DE SITUATION : Utilisation, production et conservation des biens usuels de consommation Séquence 1 : Détermination des propriétés caractéristiques de la matière. Actions à mener : - Déterminer les constituants de la matière ; - Utiliser la classification périodique des éléments Séquence 2 : PAR : LEDOUX TAKOUO 2  PCT 3ème NEW LOOK APC Réalisation des transformations chimiques Actions à mener : - Utiliser une réaction chimique ; - Réaliser l’électrolyse et la synthèse de l’eau ; - Analyser une solution aqueuse. SEQUENCE 1 Détermination des propriétés caractéristiques de la matière Situation de vie PAR : LEDOUX TAKOUO 3  PCT 3ème NEW LOOK APC 1. Qu’est-ce que la matière ? 2. On considère le schéma de la matière ci-contre. a. Quels sont les constituants de la matière ? b. Comparer la taille de chacun de ses constituants. c. A partir de la comparaison des tailles des constituants de la matière, définir atome. 3. L’hydrogène et l’oxygène sont des atomes, à partir des schémas ci-contre citer les constituants de l’atome. 4. Si on assemble des atomes à l’aide des liaisons, on obtient des molécules. Définir molécule et donner les formules brutes et les noms de quelques molécules. Si l’un de ces atomes perd ou gagne un ou plusieurs électrons, on obtient un ion. Définir ion. Anion et cation LECON1 LES CONSTITUANTS DE LA MATIERE Compétences visées - Définir : Atome ; Molécule et Ion. - Décrire la structure de l’atome, de quelques molécules et Connaître les symboles de quelques atomes. A RETENIR 1. L’ATOME 1.1 – Définition, structure et charge électrique d’un atome L’atome est la plus petite particule élémentaire de la matière. Un atome est formé de : - un noyau chargé positivement - un nuage ou cortège électronique (ensemble des électrons qui gravitent autour du noyau) chargé négativement. Dans un atome, la somme des charges positives du noyau est toujours égale à la somme des charges négatives du nuage électronique : l’atome est donc électriquement neutre. Le nombre de charges ou numéro PAR : LEDOUX TAKOUO 4  PCT 3ème NEW LOOK APC Atomique Z est le nombre d’électrons contenus dans un atome. NB : Les atomes sont assimilables à des boules. Le diamètre du noyau de l’atome est de l’ordre de 10 -15m et celui de l’atome de l’ordre de 10-10m Фatome ≈ 105 Фnoyau. matome ≈ mnoyau = 10-27kg ; matome ≈ 1800 mélectron Tips : Donner les noms et symboles de quelques atomes. Tableau P8 a) Ordres de grandeurs de l’atome  La masse de l’atome : la masse de l’atome est de l’ordre de 10-26 kg  Le rayon de l’atome : le rayon de l’atome est de l’ordre de 10-15 m. Représentation d’un atome (modèle de bohr) b) Symboles de quelques atomes. Symboles Noms Symboles Noms H Hydrogène Hg Mercure C Carbone Ca Calcium O Oxygène Na Sodium N Azote Cl Chlore K Potassium Al Aluminium S soufre Zn Zinc 2. LES MOLECULES Activité Pour des raisons de santé, la camarade de TCHAMBA n’a pas assisté au cours sur la constitution de la matière. En recopiant ton cours, elle voit les six représentations ci-dessous et ne comprends pas de quoi il s’agit. 1-Aide là à regrouper ces édifices suivant le modèle de représentation et à proposer la formule brute (formule moléculaire) associée à chaque édifice NB : Inspirez-vous des modèles atomiques suivants et compléter le tableau ci-dessous. 6 4 1 2 3 5 Hydrogène Carbone Chlore Oxygène Azote PAR : LEDOUX TAKOUO 5  PCT 3ème NEW LOOK APC 2.1 – Définition et représentation a) Définition -Une molécule est un assemblage ordonné, électriquement neutre d’atomes liés par des liaisons covalentes. On peut représenter une molécule par : - Une formule brute ou formule moléculaire en utilisant les Symboles des atomes qui la constituent avec en indice le nombre de chaque atome. CXHYOZ … - Des modèles moléculaires (compactes ou éclatés) -Une liaison de covalence est le résultat de la mise en commun des nuages électroniques des atomes en d’autre terme c’est la liaison établie entre deux atomes d’une molécule. -La formule brute d’une molécule est la formule qui met en évidence les symboles et le nombre d’atomes constituants la molécule. Exemples Molécule mono atomique : molécule formée d’atomes identiques. O2 ; H2 …….. Molécule poly atomique : molécule formée d’atomes différents. CO2 ; H2O……… b) Construction des modèles moléculaires Formules brutes Modèles moléculaires H2 H 2O CO2 HCl PAR : LEDOUX TAKOUO 6  PCT 3ème NEW LOOK APC SO2 c) Les noms de quelques molécules Formules brutes Noms H2 Dihydrogène O2 Dioxygène H 2O Molécule d’eau CO2 Dioxyde de carbone HCl Chlorure d’hydrogène SO2 Dioxyde de soufre N2 Diazote 3. LES IONS 3.1 – Définition et différents types d’ions a) Définitions Un ion est atome ou molécule ayant gagné ou perdu au moins un électron b) Différents types d’ions. On distingue deux types d’ions : - Les cations ou ions positifs : atomes ou molécules ayant perdu au moins un électron : Ca2+ ; H3O+ ; Al3+ … - Les anions ou ions négatifs : atomes ou molécules ayant gagné au moins un électrons : Cl- ; SO42- ; O2- … NB : on peut classer ces ions en deux catégories : -Ion mono atomique : ion formé d’un seul type d’atome. Ca2+ ; Cl- ; Al3+ ; O2- , Mg2+, F - … -Ion poly atomique : ion formé d’atomes différents. H3O+ ; SO42- ; NO3- … CONSOLIDATION DES ACQUIS 1. Définir les expressions suivantes : atome ; molécule ; ion ; ion poly atomique ; ion monoatomique ; cation ; anion. 2. Compléter le tableau ci-dessous. Formule ou symbole Noms Nature H Hydrogène atome Chlorure d’hydrogène 𝑺𝑶𝟐− 𝟒 carbone PAR : LEDOUX TAKOUO 7  PCT 3ème NEW LOOK APC H 2O 𝑪𝒂𝟐+ Ion Calcium Na Dioxyde de soufre 𝑯𝟑 𝑶+ Mercure 3. Compléter le tableau ci-dessous + 𝑪𝒍− ; 𝑪𝒂𝟐+ ; 𝑲+ ; 𝑯𝑶− ; 𝑵𝒂+ ; 𝑺𝑶𝟐− + 𝟒 ; 𝑯𝟑 𝑶 ; 𝑵𝑯𝟒 Cations Anions Ions poly atomiques Ions monoatomique PAR : LEDOUX TAKOUO 8  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 2 CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS Compétences visées - Connaître la règle de classification des éléments - Savoir comment utiliser cette classification. A RETENIR 1. ELEMENT CHIMIQUE ET NUMERO ATOMIQUE Activité : Observation et exploitation d’un extrait d’une case du TCPE. 27 16𝐴𝑙 1.1 Elément chimique Un élément chimique est un constituant commun à plusieurs corps purs. Un corps pur est un corps constitué de particules identiques. Chaque élément chimique possède un nom et un symbole (généralement l’initiale en majuscule de cet élément). Carbone C ; Chlore Cl ; Calcium Ca TD : Donner les noms et symboles de quelques éléments chimiques 1.2 Le numéro atomique Chaque élément chimique est caractérisé par son numéro atomique Z c’est-à-dire le nombre d’électrons de l’atome. Ainsi, un atome X de numéro atomique Z peut être représenté par : 𝐴𝑍𝑋 exemples : 27 1 13𝐴𝑙 ; 1𝐻 ; 12 6𝐶 … 2. LE TABLEAU DE CLASSIFICATION PERIODIQUE Activité Considérons la figure ci-dessous. 1 18 1 H 2 He 1 Hydrogèn Hélium e 1,008 2 13 14 15 16 17 4,003 10 3 4 5 7 8 9 Li Be B N O F 2 Lithium Béryllium Bore Azote Oxygène Fluor Ne 6,94 9,012 10,81 12,01 14,01 16,00 19,00 Néon 20,18 12 18 Mg 13 Al 14 Si 15 P 17 Cl 3 Magnésiu m Aluminium Silicium Phosphore 32,06 Chlore Ar 23,00 27,00 28,9 31,00 35,50 Argon 24,31 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 39,95 19 20 4 K Ca Potassium Calcium PAR : LEDOUX TAKOUO 9  PCT 3ème NEW LOOK APC 39,01 40,08 5 6 7 a. Ce tableau est constitué de combien de colonne ? b. Ce tableau est constitué de combien de ligne? c. Que représente chaque symbole en lettre dans les cases de ce tableau ? d. Quel nom peut-on donner à ce tableau ? e. Que représente chaque nombre à côté du symbole en lettre dans les cases de ce tableau ? f. Quelles autres informations peuvent nous donner ce tableau ? g. Donner la position des symboles leurs noms et leur masse molaire atomique 12 Mg ; 15 P. 5. Ce tableau présente des vides, compléter le en utilisant les symboles suivants. Na (Z=11) ; C(Z=6) ; S(Z=16). a) Définition Le Tableau de Classification Périodique des Eléments TCPE est un tableau comportant 7 lignes ou périodes et 18 colonnes ou groupes ou encore familles. Il regroupe tous les éléments chimiques connus. b) Règle de classification périodique Dans le TCPE, les éléments sont classés de la gauche vers la droite par ordre croissant de leur numéro atomique Z, chaque élément occupant une seule case. Tous les éléments d’une même colonne possèdent des propriétés chimiques semblables : ils constituent donc une famille d’éléments. 2.2 Utilisation du TCPE Le TCPE permet de : - Identifier le symbole d’un élément chimique X - Identifier son numéro atomique Z et sa masse molaire M (g/mol) - Situer un élément connaissant son Z ie indiquer la période (ligne) et la famille (colonne) auxquelles appartient cet élément. TP COLLE LE TCPE DANS LE CAHIER DE COURS PAR : LEDOUX TAKOUO 10 PCT 3ème NEW LOOK APC PAR : LEDOUX TAKOUO 11  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 3 LA MOLE Situation de vie 1 : L’élève TAGNE doit donner un médicament de formule brute C9H8O4 a sa mère gravement malade. Cependant, elle ne dispose pas d’indications sur la posologie prescrit par le médecin ou celles affichées sur la notice du médicament. Heureusement, elle possède un certain nombre d’information : - La masse corporelle de sa maman est de 80 kg - La masse d’un comprimé de ce médicament est de 0,045 g - On suppose qu’une personne de 10kg a besoin de 0,00015 mol de ce médicament par jour. Tâche 1 : Bien analyser le problème et trouver le nombre de mole de ce médicament que sa maman de 80kg doit prendre. Tâche 2 : Trouver le nombre de mole que renferme un comprimé de ce médicament Tâche 3 : Trouver enfin le nombre de comprimé que TAGNE doit administrer à sa maman. MH = 1g/mol MC = 12g/mol M0 = 16g/mol Situation problème 2 Compétence visée : Détermination du nombre de comprimés à administrer à un patient L’élève NDONGO doit donner un médicament de formule brute C9H8O4 à sa mère gravement malade. Cependant, elle ne dispose pas d’indications sur la posologie prescrite par le médecin ou celle affichées sur la notice du médicament. Heureusement, elle possède un certain nombre d’informations : · La masse corporelle de sa maman est de 80kg ; · La masse d’un comprimé de ce médicament est de 0,054g ; · On supposera qu’une personne de 10kg a besoin de 0,00015mol de ce médicament par jour. Consigne1 : Déterminer le nombre de mole (ou quantité de matière) de médicament que sa maman de 80kg doit prendre. Consigne2 : Déterminer le nombre de mole contenu dans un comprimé de ce médicament. Consigne3 : Déduire le nombre de comprimés que NDONGO doit administrer à sa maman par jour. Compétences visées - Définir la mole, constante d’Avogadro et masse molaire - Calculer la masse molaire moléculaire - Ecrire et appliquer la relation entre la quantité de matière et la masse molaire A RETENIR PAR : LEDOUX TAKOUO 12  PCT 3ème NEW LOOK APC 1. LA MOLE 1.1 Définitions et unité de la mole -La mole est l’unité de la quantité de matière dans le SIU. Son symbole est mol -La quantité de matière d’un corps pur est le nombre de moles d’entités élémentaires de ce corps. Son symbole est n et son unité est la mole de symbole mol. -La constante d’Avogadro ou nombre d’Avogadro est le nombre d’entités élémentaires contenues dans une mole. Son symbole est ŊA et son unité est mol-1 ŊA = 6,02×1023 mol-1 NB : La quantité de matière n d’un échantillon de N entités élémentaires est donnée par la relation : N = n × ŊA Exercice d’applications Déterminer la quantité de matière n de fer correspondant à 3,85×1023 molécules. Solution Calcul de n(Fe) On sait que : N = n(Fe) × ŊA n(Fe) = N/ ŊA AN : n(Fe) = 3,85×1023 / 6,02×1023 = 0,639 Donc n(Fe) = 0,64 mol 2. MASSES MOLAIRES 2.1 - Définitions On distingue deux types de masses molaires : - La masse molaire atomique d’un élément chimique X est la masse d’une mole d’atomes de cet élément. Elle se note M(X) et s’exprime g/mol ou g.mol-1. Exemples : MH 1g/mol ; MC = 12g/mol … Tips : Donner les masses molaires atomiques de quelques éléments les plus usuels. NB : La masse atomique est la masse m d’un atome de l’élément X. Elle s’exprime en gramme de symbole g - La masse molaire moléculaire d’un composé est la masse d’une mole de molécules de ce composé. Son symbole est M et s’exprime en g/mol ou g.mol-1 NB : La masse molaire moléculaire d’un composé A = CXHYOZNT se calcule en faisant la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes constituant la molécule, chacune multipliée par son indice (nombre). NB : La masse moléculaire est la masse m d’une molécule. Elle s’exprime en gramme de symbole g MA = M CxHyOzNt = xMC + yMH + zMO + tMN Exercices d’application PAR : LEDOUX TAKOUO 13  PCT 3ème NEW LOOK APC Calculer les masses molaires des composés suivants : CO2 ; H2O ; C2H6O … sachant que les masses molaires atomiques du C ; H et O sont respectivement 12 ; 1 et 16 g/mol Solution Exercice 2 La quinine 650 de formule C20H24N2O2 est un médicament antipaludéen utilisé dans le traitement et la prévention du paludisme. Votre petit frère souffre du paludisme. A l’hôpital, le docteur lui prescrit la quinine et recommande d’avaler 3,01x1022 molécules pour une personne donc la masse est de 50kg, or votre petit frère a une masse de 30kg et la masse d’un comprimé de quinine est de 650mg. 1) Aide ton petit frère à obtenir la quantité de matière de la quinine contenue dans un comprimé. 2) Aide-le à obtenir le nombre de molécules de la quinine. 3) Calculer le nombre de molécules de la quinine que doit avaler votre petit frère pour guérir ? On donne : Nombre d’Avogadro : 6,02 1023 mol-1 2.2 – Relation entre la masse molaire M et la quantité de matière n La masse m et la quantité de matière n d’un échantillon de masse molaire M sont liées par la relation : Quantité de matière masse de l’échantillon (mol) 𝒎 (g) n= 𝑴 Masse molaire (g/mol) Exercices d’applications 1 - Déterminer la quantité de matière dans 36g de fer 2 – Calculer la quantité de matière dans 3,6g d’eau. 3 – Le saccharose (sucre) a pour formule brute C12H22O11. On ajoute un morceau de sucre (saccharose) de 6g dans une tasse de café au lait. a) Calculer sa masse molaire. b) Calculer la quantité de matière de sucre contenue dans cette tasse de café. 4 – Calculer la quantité de matière correspondant à 30,1× 1023 entités élémentaires. Solution 1 – Calcul de n(Fe) On sait que 𝑚 n(Fe) = 𝑀 36 AN : n(Fe) = = 0,64 Donc n(Fe) = 0,61 mol 55,8 𝑚 2 – Calcul de nH2O = 𝑀 PAR : LEDOUX TAKOUO 14  PCT 3ème NEW LOOK APC 3,6 AN : nH2O = 𝑀18 = 0,2 Donc nH2O = 0,2 mol. a) Calcul de la masse molaire M du saccharose. M C12H22O11 = 12MC + 22MH + 11MO AN : M C12H22O11 = 12 × 12 + 22 × 1 + 11 × 16 ; M C12H22O11 = 342 g/mol b) Calcul de la quantité de matière n 6 𝑚 AN : n = = 0,0175 n = 0,0175 mol n= 𝑀 342 4 – Calculons la quantité de matière correspondant à 30,1× 1023 entités élémentaires. Données : N = 30,1× 1023 entités ; ŊA = 6,02×1023 mol-1 On sait que : N = n × ŊA 𝑁 n = ŊA AN : n = 30,1× 1023 / 6,02×1023 n = 5 mol 1. Compléter le tableau suivant Noms du Formule du Masse molaire Masse m Quantité de composé composé M (g/mol) matière n (mol) Ethanol C 2 H6 O 0,5 Glucose C6H12O6 100 mg PAR : LEDOUX TAKOUO 15 PCT 3ème NEW LOOK APC SEQUENCE 2 Réalisation des transformations chimiques PAR : LEDOUX TAKOUO 16  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 4 NOTION DE REACTION CHIMIQUE Situation de vie Votre maman prépare du riz sauter sur le gaz domestique et quelques faits sont observer par elle : la couleur de la flamme ; le dégagement de chaleur, la présence d’eau etc………… Tache : expliquer de façon détaillée ce qui se passe lorsque le gaz brule. Qu’est-ce qui entretient cette flamme ? Compétences visées - Définir : Réaction chimique, Réactif et Produit - Enoncer et appliquer la loi de conservation de la matière - Ecrire, équilibrer et exploiter une équation- bilan 1. Notion de réaction chimique 1.1 – Définitions - Réaction chimique : transformation au cours de laquelle des corps purs sont consommés tandis que de nouveaux corps purs sont formés. - Réactif : corps pur qui est consommé au cours d’une réaction Chimique. - Produit : corps pur nouveau qui est formé au cours d’une réaction chimique. Exemples 1 – La combustion de méthane dans le dioxygène de l’air est une réaction chimique dont l’équation-bilan est : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O - Comme réactifs, on a : méthane (CH4) et le dioxygène (O2) - Comme produits, on a : dioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H2O) 2 – La combustion de la bougie ; du soufre ; du carbone …. dans le dioxygène de l’air sont des réactions chimiques. 1.2 – Loi de conservation e la matière ou loi de Lavoisier Enoncé : Au cours d’une réaction chimique, la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés. NB : Au cours des réactions chimiques, les atomes des différents éléments se conservent 2. EQUATION – BILAN 2.1 – Définition Une équation-bilan est un schéma qui met en évidence un bilan en quantité de matière de la réaction chimique tout en respectant la conservation des atomes. 2.2 – Ecriture des équations – bilans PAR : LEDOUX TAKOUO 17  PCT 3ème NEW LOOK APC De façon littérale, une équation s’écrit : Réactifs Produits Règle : Pour équilibrer une équation – bilan, on place devant la formule des réactifs et des produits des nombres appelés coefficients stœchiométriques afin d’assurer la conservation des nombres des atomes de chaque élément chimique dans les deux membres de l’équation. NB : Un mélange est dit stœchiométrique lorsque les réactifs sont pris dans les proportions de l’équation-bilan équilibrée de la réaction. Exemples Equilibrer les équations – bilans ci – dessous : a) …CH4 + …O2 …CO2 + …H2O b) …Al + …S … Al2S3 c) …Fe + …Cl2 …FeCl3 d) …CaC2 + …H2O …C2H2 + …Ca(OH)2 PAR : LEDOUX TAKOUO 18  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 5 ELECTROLYSE ET SYNTHESE DE L’EAU SITUATION DE VIE Dans un centre hospitalier, afin de prendre en charge un patient atteint du COVID19, le médecin chef estime qu’il faut environ 10L de dioxygène pour entretenir son système respiratoire pendant 4 heures de temps et renouveler tous les 4 heures pendant un jour et son traitement peut durer 2 semaines. Malheureusement au centre hospitalier, il y a rupture du dioxygène et tu es interpeller à en fabriquer. On met à ta disposition toute la verrerie du laboratoire qu’il faut, 1700 L d’eau pure et une quantité de sel de cuisine suffisante, une batterie de 9V, un interrupteur, des fils conducteurs de résistances faibles, une lampe à incandescence approprié et une cuve à électrolyse. Tache : Mobilise les ressources appropriées et ton expertise pour dire si le dioxygène que tu produiras sera suffisant pour le traitement de ce patient. Compétence : - Savoir comment décomposer et analyser l’eau 1. ELECTROLYSE DE L’EAU 1.1 - Définition Electrolyse de l’eau : décomposition de l’eau par le courant électrique en deux gaz : le dioxygène (O2) et le dihydrogène (H2) 2.2 - ELECTROLYSE DE L’EAU a) Activité expérimental Considérons un électrolyseur (cuve à électrolyse) contenant de l’eau pure et muni de deux électrodes au-dessus des quelles sont retournés deux tubes à essais. PAR : LEDOUX TAKOUO 19  PCT 3ème NEW LOOK APC Tubes à essais O2 H2 Eau Electrolyseur Anode (+) cathode (-) (G) (K) (L) b) Observations et interprétations Lorsque (K) est ouvert on observe aucun phénomène. Lorsque (k) est fermé t, on observe : - Un dégagement gazeux aux électrodes : le dioxygène (O2) à l’anode et le dihydrogène (H2) à la cathode. - Une baisse de niveau d’eau dans les tubes à essais. Le dioxygène et le dihydrogène dégagés proviennent de la décomposition de l’eau : cette décomposition est appelée électrolyse de l’eau. L’équation- bilan de l’électrolyse de l’eau s’écrit : 2H2O 2H2 + O2 NB : Le volume de dihydrogène dégagé est le double de celui du dioxygène lors de l’électrolyse de l’eau. Remarques - Le dihydrogène (H2) dégagé à la cathode détone VH2 = 2 VO2 (explose) à l’approche d’une flamme. - Le dioxygène (O2) dégagé à l’anode ravive 𝟏 (rallume) la flamme d’une buchette allumée. VO2 = 𝟓 Vair 2. LA SYNTHESE DE L’EAU La synthèse de l’eau est la formation de l’eau à partir du dihydrogène (H2) et du dioxygène (O2). La synthèse de l’eau est donc la combustion du dihydrogène dans le dioxygène. NB : La réaction de formation de l’eau est une réaction explosive (violente). L’équation- bilan de l’électrolyse de l’eau s’écrit : 2H2 + O2 2H2O PAR : LEDOUX TAKOUO 20 PCT 3ème NEW LOOK APC PAR : LEDOUX TAKOUO 21  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 6 LES SOLUTIONS AQUEUSES Situation de vie 1 : Compétence visée : Analyser une solution aqueuse. Dans le Laboratoire du Lycée d’Akwa, un groupe d’élèves trouve trois flacons identiques une solution aqueuse de HCl, une solution aqueuse de Al2(SO4)3 et une solution aqueuse de NaCl. Lorsqu’il a fallu utilisés ces flacons, les étiquettes des flacons étaient illisibles. Proposer un protocole expérimental qui permettra à ce groupe d’élèves Situation problème 2 Votre tante Olga a une calcémie (carence en calcium). Le médecin lui conseille de prendre en plus des fruits 1L d’une eau minérale qui peut lui apporter au moins 100mg calcium par jour 1 L d’eau Rita 1L d’eau Alma Analyse en mol Analyse en mol Ca2+ ……..1, 7.10-3 HCO- 3………4, 9 Ca2+ ……..2, 3.10-3 HCO- 3………6, 47 Na+………2, 4.10-4 SO2- 4……..5, 2.10-5 Na+………1, 6.10-4 SO2- 4……..5, 2.10-5 Mg2+ ……..4, 6.10-4 Cl-……5, 6.10-4 Mg2+ ……..8, 3.10-4 Cl-……7, 04.10-4 + -5 - -5 K ………..8, 2.10 NO 3………..4, 8.10 K+ ………..3, 1.10-5 NO- 3………..3, 2.10 -5 Tâche 1 : Que représentent les formules chimiques sur ces deux emballages ? Classe lès en deux groupes. Tâche 2 : A partir de tes connaissances, aide tante Olga à faire son choix. Tâche 3 : Quel risque cours tante Olga si elle ne prend pas cette eau ? Justifier votre réponse Compétences visées : - Définir : solution aqueuse ; - Décrire les tests d’identification de quelques ions en solution ; - Déterminer le caractère acide ou basique d’une solution ; PAR : LEDOUX TAKOUO 22  PCT 3ème NEW LOOK APC - Calculer la concentration molaire d’une espèce chimique en Solution 1. SOLUTIONS AQUEUSES – solutions conductrices 1.1 – SOLUTIONS AQUEUSES a) Définitions - Soluté : corps (substance) chimique qui se dissout dans un solvant - Solvant : liquide dans lequel peut se dissoudre une espèce Chimique. - Solution : mélange homogène d’un solvant et d’un soluté. - Solution aqueuse : solution de mélange de solvant et de soluté dont le solvant est l’eau. 1.2 - Solutions non conductrices et solutions conductrices Activité Considérons le schéma du montage ci-contre : Dans l’électrolyseur introduisons dans ; de l’eau pure ; de l’eau sucrée et de l’huile. On constate que la lampe ne brille pas : ce sont des solutions aqueuses non conductrice (qui ne contiennent pas d’ions). Remplaçons maintenant l’électrolyte par de l’eau salée ; du sulfate de cuivre ; du vinaigre ou de la soude. Nous constatons que la lampe brille, preuve que ces solutions sont conductrices car elles contiennent les ions. Remarque Une solution conductrice du courant est une solution qui renferme les ions. On distingue deux types d’ions : - Les ions positifs appelés cations - Les ions négatifs appelés anions NB : Une solution conductrice du courant est appelée électrolyte (eau salée, eau savonneuse …) 2. DISSOLUTION DANS L’EAU DES SOLIDES IONIQUES, CONCENTRATION MOLAIRE D’UN ION ET ELECTRO- NEUTTRALITE 2.1 - DISSOLUTION DANS L’EAU DES SOLIDES IONIQUES Les solides ioniques se dissolvent dans l’eau en donnant deux types d’ions : les cations et les anions. Exemples : Ecrire l’équation de dissolution de chacun des composés suivants : NaCl ; Na2SO4 ; KOH … Solution : - NaCl (S) eau Na+ + Cl – - Na2SO4 (s) eau 2Na+ + SO42– - KOH(s) eau k+ + HO – PAR : LEDOUX TAKOUO 23  PCT 3ème NEW LOOK APC NB : Chaque solide ionique dissout libère deux espèces d’ions (cations et anions). Le nombre de charges positives est égal au nombre de charges : la solution obtenue est dite électriquement neutre (car contient autant de cations que d’anions) Tips : Ecrire les équations de mise en solution de quelques solides ioniques des plus simples au plus complexes. 2.2 - CONCENTRATION MOLAIRE D’UN ION EN SOLUTION a) La concentration molaire d’un ion X en solution est le rapport de sa quantité de matière nX par le volume V de la solution. La concentration molaire de l’ion X se note [X] et s’exprime en mol/L ou mol.L-1 𝑛𝑥 : 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡é 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑖è𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙′ 𝑖𝑜𝑛 𝑋 (𝑚𝑜𝑙) 𝑛𝑥 [X] = 𝑉 { 𝑉: 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 (𝐿) [X]: concentration molaire de l′ ionX en solution (mol/L) b) La concentration massique Cm d’un composé (constituant) dans un volume V de solution est égale au quotient de la masse du composé m par le volume V 𝑚 (g) (g/L) Cm = 𝑉 (L) c) La concentration molaire C d’un soluté est le rapport de sa quantité de matière n par le volume V de la solution 𝑛 (mol) (mol/L) C = 𝑉 (L) NB : La concentration molaire C d’un constituant est liée à sa concentration massique par la relation : 𝐶𝑚: 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑞𝑢𝑒 (𝑔/𝐿) Cm = C × M avec { 𝐶: 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝑚𝑜𝑙/𝐿) 𝑀: 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝑔/𝑚𝑜𝑙) Exercice d’application On dissout 3,42g de sulfate d’aluminium Al2(SO4)3 dans 0,1L d’eau. 1- Calculer la masse molaire de ce composé. 2- Ecrire l’équation de mise en solution de ce composé. 3- Calculer la concentration molaire C de ce composé et en déduire celles des espèces en solution. 4- En déduire la concentration massique Cm de ce solide ionique. On donne en g/mol: MAl = 27 ; MS = 32 ; MO = 16 Solution 1- Calculons la masse molaire M du sulfate d’aluminium M Al2(SO4)3 = 2MAl + 3MS + 12MO AN : M = 2×27 + 3×32 + 12×16 Donc M = 342,3 g/mol PAR : LEDOUX TAKOUO 24  PCT 3ème NEW LOOK APC 2- Ecrivons l’équation de mise en solution du sulfate d’aluminium Al2(SO4)3 eau 2Al3+ + 3SO42- 3- Calculons la concentration molaire C de ce composé. 𝑚 C = 𝑉𝑀 3,42 AN : C = Donc C = 0,1 mol/L 0,1×342,3 D’après l’équation bilan de mise en solution, on voit que : - 1 mol de Al2(SO4)3 libère 2 mol d’ion Al3+ et 3 mol d’ion SO42- [Al3+] = 2C AN : [Al3+] = 0,2 mol/L [SO42-]= 3C AN : [SO42-]= 0,3 mol/L 4 – Déduisons la concentration massique Cm de ce solide ionique. On sait que : Cm = C × M AN : Cm = 0,1 × 342,3 Donc Cm = 34,23 g/L Tips : Multiplier autant que possible les exercices d’application des plus simples au plus complexes. 2.3 - ELECTRO-NEUTTRALITE D’UNE SOLUTION Dans une solution, il y a toujours autant de charges positives que de charges négatives : on dit qu’une telle solution est électriquement neutre Tips : Ecrire et expliquer l’équation d’électro neutralité de quelques solutions tout expliquant clairement. Exemple : Soit l’équation bilan de mise en solution du sulfate d’aluminium suivante : Al2(SO4)3 eau 2Al3+ + 3SO42- On a : 2 × (3 charges positives (+)) du cation Al3+ soit 6 charges (+) au total 3 × (2 charges négatives (-)) de l’anion SO42- soit 6 charges (-) au total Cette solution est donc électriquement neutre car contient 6 charges (+) pour 6 charges (-). 2.4 – Identification des ions en solution aqueuse un test d’identification d’ion par précipitation permet de vérifier la présence d’un ion donné en solution aqueuse. Il met en jeu une réaction de précipitation impliquant l’ion testé et un autre ion avec lequel il forme un composé de faible solubilité NB : En solution aqueuse, chaque ion présente des caractéristiques spécifiques permettant son identification. PAR : LEDOUX TAKOUO 25  PCT 3ème NEW LOOK APC Ions à identifier Cations Anions Na+ et K+ Ca2+ Cl- SO42- Tests Flamme Précipité Précipité Précipité Réactifs Couleur de la Oxalate Ion Ag+ Ion Ba2+ flamme d’ammonium Précipité blanc + Observations Jaune (Na ) et Précipité blanc qui noircit à la Précipité blanc Violette (K+) lumière 3. LE pH DES SOLUTIONS AQUEUSES 3.1 – Définition du pH d’une solution Le pH ou potentiel d’Hydrogène est une grandeur sans unité comprise entre 0 et 14, qui permet de déterminer le degré d’acidité ou de basicité d’une solution. On distingue ainsi : - Solution acide : solution dont le ph < 7 - Solution basique : solution dont le pH > 7 - Solution neutre : solution dont le pH = 7 pH 0 Solutions acides neutres Solutions basiques 14 Tips : tracer le diagramme de pH au tableau pour mieux expliquer. 3.2 – Mesure du pH d’une solution On peut mesurer le pH d’une solution à l’aide de : - Le pH – mètre (mesures précises) - Le papier pH ou Indicateur Coloré (mesures approximatives) NB : La saveur (gout) acide d’une solution est due aux ions H3O+ (ions hydroniums ou oxoniums). Remarque : pour utiliser du papier Ph ; placé dans un plat en porcelaine une bande de papier Ph, déposer dessus une goutte de liquide à mesurer prélever à l’aide d’une tige de verre, et le déposer sur le papier Ph et comparer la couleur à celles sur la boite de papier Ph. 3.3 – Action des Indicateurs Colorés sur les solutions aqueuses Indicateur coloré ou indicateur acido-basique : substance chimique qui change de couleur en fonction du ph du milieu réactionnel. PAR : LEDOUX TAKOUO 26  PCT 3ème NEW LOOK APC Eau distillée Solution de HCl Solution de NaOH Changement de couleur Changement de couleur de Changement de couleur de la du bleu de bromotymol l’hélianthine phénolphtaléine Tableau récapitulatif Liquides Couleurs caractéristiques Indicateurs Eau Jus de Eau + NaCl Eau + savon Eau de javel Eau + soude Colorés distillée citron Hélianthine Jaune Rose Rose Jaune Jaune Jaune BBT Vert Jaune vert Bleu Bleu Bleu Rouge Rouge Phénolphtaléine Incolore Incolore Incolore Rose violacé violacé pH 7 3 7 8 10 13 NB : Toutes les solutions acides et basiques conduisent le courant électrique : ce sont des électrolytes. - La connaissance du pH d’un sol permet d’y adapter une culture Appropriée et d’améliorer la productivité agricole. - Les ions HO- (ions hydroxydes) caractérisent les solutions basiques 4- Règles de sécurités dans un laboratoire : Dans un laboratoire de chimie il faudra appliquer les règles suivantes : Interdit de manger, de boire, etc………………. Porter des lunettes de sécurité ; Porter des gants de protection ; Toujours porter une blouse blanche de laboratoire Etc……………… Exercices d’application : PAR : LEDOUX TAKOUO 27  PCT 3ème NEW LOOK APC 1 – On dissout 2,80g de chlorure de calcium CaCl2 dans 50mL d’eau. On donne en g/mo : MCa = 40 ; MCl = 35,5 : MNa = 23 ; MH = 1 ; MO = 16 a) Ecrire l’équation de mise en solution de ce solide ionique b) Calculer la concentration molaire de chacune des espèces en solution c) Montrer que la solution obtenue est électriquement neutre 2 – On dissout une masse inconnue m d’hydroxyde de potassium KOH dans 400mL d’eau a) Ecrire l’équation de dissolution du KOH b) Calculer la concentration molaire des ions K+ si celle des ions HO- vaut 0,02 mol/L c) Calculer la quantité de matière n du soluté et en déduire sa concentration molaire C d) Calculer la masse m de KOH dissoute dans l’eau et en déduire sa concentration massique Cm PAR : LEDOUX TAKOUO 28  PCT 3ème NEW LOOK APC MODULE 2 ACTION MECANIQUE ET ENERGIE ELECTRIQUE FAMILLE DE SITUATIONS :  Application des actions mécaniques  Utilisation de l’énergie électrique au quotidien. Séquence 1 : Application des actions mécaniques Séquence 2 : Production et utilisation de la tension alternative PAR : LEDOUX TAKOUO 29  PCT 3ème NEW LOOK APC SEQUENCE 1 Application des actions mécaniques QUELQUES MACHINES SIMPLES (POULIE SIMPLE, PALAN, TREUIL, PLAN INCLINE, …) Situation problème M. TOBORO est un débrouillard, ce matin il lui a été proposé plusieurs tâches qui pourront lui donner un peu d’argent.  Soulever un camion pour changer son pneu.  Arracher des clous enfoncés profondément dans des planches au chantier.  Enlever le couvercle d’un pot de peinture fermé hermétiquement. PAR : LEDOUX TAKOUO 30  PCT 3ème NEW LOOK APC  Envoyer le béton armé à un maçon situé au troisième étage d’un immeuble en chantier.  Descendre une voiture d’un conteneur. Consignes : en indiquant le matériel utilisé pour chaque cas, aidez M. TOBORO a effectuer toutes ces tâches en fournissant moins d’effort. 1. Quel est l’outil le mieux adapté dans chacun des cas ? Comment appelle-t-on l’ensemble de ces outils ? 2. Dans chaque cas, réaliser un dessin en indiquant le point d’appuis, l’endroit où il faut exercer la force et préciser s’il faut pousser ou tirer) 3. Dans chaque cas, comment obtenir le meilleur résultat ? GENERALITES 1. Définition de machine simple Une machine simple est un objet technique constitué qui sert à simplifier l’accomplissement d’un travail physique. Exemples :  Ouvrir une bouteille de bière  Soulever des charges très lourdes. Une machine simple est constituée d’éléments simples comme des roues, des cordes, des poulies, des planches, des leviers. 2. Les différents types de machines simples Il existe cinq grandes familles de machines simples :  Les leviers  Les poulies  Les engrenages  Le plan incliné  La roue Ces machines font partie des plus importantes inventions de l’homme. Nous allons étudier en détail les poulies simples, palan, treuil et le plan incliné. Ces machines simples seront utilisées pour soulever d’une hauteur h une charge de poids P. 3. L’intérêt d’une machine simple L’intérêt d’une machine simple est de changer une ou plusieurs propriétés de la force à appliquer. Bon à savoir : C’est à Archimède que l’on attribue la paternité du mot machine c’est ainsi qu’il dit alors : « Donnez-moi un point d’appui et je soulèverai le Monde ». PAR : LEDOUX TAKOUO 31  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 1 QUELQUES MACHINES SIMPLES Activité Le jeune KAMDEM élève de troisième au lycée bilingue de Bangangté, a été recruté comme manœuvre dans un chantier de construction. Il doit soulever une charge de masse m = 150 kg. Le responsable du chantier met a à sa disposition trois machines simples représenter par les dispositifs ci-dessous. - Représenter les deux forces importantes qui s’appliquent sur chaque dispositif - -Choisir la machine qui va lui permettre d’obtenir une meilleure réduction des efforts à fournir. Consigne : Pour tout calcul, prendre OA = 20cm ; OB = 5 cm ; α = 30° et g = 9,8 N/kg. Compétences visées - Définir machine simple et en donner quelques exemples - Savoir les domaines d’utilisation de ces machines simples et les forces qui y interviennent PAR : LEDOUX TAKOUO 32  PCT 3ème NEW LOOK APC 1.– Description et utilisation de quelques machines simples 1.1 Les poulie On distingue : les polies simples ou poulies de levage, les palans (association de plusieurs poulies fixes) et le moufle (association d’une chape et d’une ou de plusieurs poulies). Une poulie simple est un dispositif Constitué d’une roue métallique mobile autour d’un axe fixe soutenue par une chape. NB : Avec une poulie à un brin, l’intensité de la force F à exercer pour soulever une charge est égale à celle du poids P de la charge. F=P Relation entre la hauteur (h) d’élévation de la charge et le déplacement (l ) du P F dynamomètre Pour monter la charge d’une hauteur (h), nous devons déplacer le point d’application de la force d’une distance (l) égale à la hauteur : Exemple Déterminer l’intensité de la force F qu'il faut fournir pour soulever un sac de ciment de 50kg à l’aide d’une poulie simple. Solution m = 50kg , g = 10 N/kg. On sait que P = mg AN : P = 500N Par ailleurs, pour une poulie de levage à un brin, F = P = 500N 1.2. Poulie a deux brins ou palan simple Un palan est une association d’une ou plusieurs poulies fixes à une ou plusieurs poulies mobiles pour changer à la fois la direction et l’intensité de la force. Selon le nombre de poulies associées, on distingue : a) Les palans simples ou palans à deux poulies ou deux brins Un palan simple est une association d’une poulie fixe à une poulie mobile pour changer à la fois la direction et l’intensité de la force.  Représentation et bilan des forces qui interviennent  Relation entre l’intensité de la force motrice et l’intensité du poids de la charge Dans le cas d’un palan à deux brins :  Si on néglige le poids de la poulie l’intensité de la force motrice à appliquer à l’extrémité de la corde est égale à la moitié de l’intensité du poids P de la charge soulevée. PAR : LEDOUX TAKOUO 33  PCT 3ème NEW LOOK APC  Relation entre la hauteur (h) d’élévation de la charge et le déplacement (l ) du dynamomètre Pour monter la charge d’une hauteur (h), nous devons déplacer le point d’application de la force motrice d’une distance (l) égale au double de la hauteur : b) Les palans divers ou palan à plus de deux poulies ou plus de deux brins Généralisation  Selon le nombre de brins ou nombre de poulies, l’intensité de la force motrice à appliquer à l’extrémité de la corde est égale à l’intensité du poids P de la charge soulevée divisée par le nombre de brin ou nombre de poulie n.  Pour monter la charge d’une hauteur (h), nous devons déplacer le point d’application de la force motrice d’une distance (l) égale à la hauteur d’élévation multipliée par n. NB : Dans le cas d’un palan à n brins ou à n poulies, la relation entre l’intensité de la force F et le poids P de la charge à soulever est donnée par la formule générale suivante : P = n.F PAR : LEDOUX TAKOUO 34  PCT 3ème NEW LOOK APC 1.3. La poulie à deux gorges L’intensité de la force F à développer est d’autant plus petite que celle du poids P lorsque le rayon de la grande gorge R est supérieur au rayon de la petite gorge r ie (R > 𝑟). D’où la relation : ሬሬሬԦ 𝐹 F.R = P.r ሬሬሬԦ 𝑃 1.4. Le treuil Le treuil est une machine simple constitué d’un tambour sur lequel s’enroule un câble et qui tourne grâce à l’action d’une manivelle ou d’un mécanisme. a) Représentation et bilan des forces qui interviennent a) Schéma OA= d2= R : longueur du bras de la manivelle OB= d1= r : rayon du tambour ou du cylindre b) Inventaire des forces appliquées  Le poids de la charge ou force résistante  La force motrice b) Enoncé de la condition d’équilibre ou loi du levier « Lorsque l’ensemble est en équilibre, le produit de l’intensité de la force motrice F par la longueur R du bras de la manivelle est égale au produit de l’intensité du poids P de la charge par le rayon r du tambour. » c) Relation entre l’intensité de la force motrice et l’intensité du poids de la charge d) Avantages et Inconvénients des treuils Le treuil est très utilisé pour soulever de très lourdes charges e) Domaines d’application du treuil Le treuil peut être utilisé :  Comme Bobine d’une canne à pêche PAR : LEDOUX TAKOUO 35  PCT 3ème NEW LOOK APC  Pour l’élévation de l’eau dans un puits  Dans le système des Ascenseurs  Pour faire accoster des bateaux 1.5. Le plan incliné Pour monter une charge, on peut également utiliser un plan incliné, par exemple une planche ou une route ascendante. a) Définition de plan incliné Un plan incliné est un plan qui forme un angle avec le sol horizontal. b) Représentation et bilan des Le poids de la charge ou force résistante  La force motrice  La force exercée par le support sur la poulie c) Relation entre l’intensité de la force motrice et l’intensité du poids de la charge d) Relation entre la hauteur (h) d’élévation du plan et le déplacement (d ) de la charge e) Influence de la pente du plan sur la force à exercer pour y faire monter une charge :  Plus la pente est faible, plus la force à exercer est faible  Plus la pente est importante, plus la force à exercer est importante f) Influence de la pente du plan sur la distance sur laquelle il faut faire monter la charge  Plus la pente est faible, plus la longueur est importante  Plus la pente est importante, plus la longueur est petite. PAR : LEDOUX TAKOUO 36  PCT 3ème NEW LOOK APC g) Domaines d’application du plan incliné Le plan incliné peut être utilisé :  Pour les rampes des trottoirs pour handicapés,  L’accès aux garages pour les voitures,  Quelques malles-arrière des camions  Pour décharger une voiture d’un conteneur.  Pour le sport des cascadeurs 2.8. Avantages et Inconvénients du plan incliné a. Avantages  L’effort fourni à chaque pas est plus petit.  L’effort à exercer dépend de l’angle que fait le plan incliné avec le sol horizontal. b. Inconvénients  Le plan incliné augmente la longueur du trajet le long duquel il faut déplacer 2– INCONVENIENTS ET AVANTAGES DES MACHINES SIMPLES Machines simples Avantages inconvénients Plan incliné Réduire l’effort physique Grande distance à parcourir Poulie fixe Tirer du haut vers le bas Usure de la corde ou du câble Diminuer l’effort physique Poulie à deux gorges Usure de la corde ou du câble à fournir - Encombrant Palan à 4 brins Diminuer l’effort physique - Très couteux Usure de la corde ; difficile à Treuil Réduire l’effort à fournir stabiliser Exercices d’application 1 - Calculer l’intensité de la force F qu’il faut fournir pour soulever un objet de masse m = 2kg si l’intensité de la pesanteur g est g = 10 N/kg dans chacun des cas suivants : a) A l’aide d’une poulie fixe b) A l’aide d’un palan à 6 brins 2 - On désire soulever la charge ci-dessus à l’aide d’un treuil dont le rayon du tambour r vaut r = 10cm et le bras de la manivelle mesure L = 1m. a) Faire le schéma et indiquer les forces F et P ainsi que L et r b) Calculer l’intensité de la force F 3 – Un ouvrier exerce une force F d’intensité F = 5N pour soulever à l’aide d’une poulie à deux gorges, une charge dont le poids P est P = 20N. On donne diamètre de la petite gorge r = 12cm. PAR : LEDOUX TAKOUO 37  PCT 3ème NEW LOOK APC a) Déterminer le diamètre de la grande gorge R b) Calculer la nouvelle valeur de la force F’ si on diminue r de 7cm c) Comparer les deux valeurs de F et conclure Solution 1- Calculons d’abord l’intensité du poids P On sait que P = m.g AN P = 2 × 10 Donc P = 20N Calculons ensuite F dans les cas suivants en utilisant : a) Poulie fixe : F = P = m.g AN F = 20N b) Un palan à 6 brins 𝑷 F= 𝟔 20 AN F = 6 donc F = 3,33N 2 – Treuil : r = 0,1m ; L = 1m a) Schéma (voir cours) b) Calculons l’intensité de la force F On sait que : F.L = P.r 𝑃.𝑟 F= 𝐿 20×0,1 AN : F = 1 = 2 Donc F = 2N 3 – Poulie à deux gorges : F = 5N ; P = 20N ; r = 0,12m a) Déterminons le diamètre R de la grande gorge. On sait que : P.r = F.R 𝑃×𝑟 R= 𝐹 20×0,12 AN : R = = 0,48 donc R = 0,48m 5 b) Calculons la nouvelle valeur de F’ 𝑃×𝑟′ F’.R = P.r F’ = 𝑅 AN : F’ = 2,08N c) Comparaison : F > 𝐹′ ie on fournit moins d’effort physique quand le diamètre de grande gorge R est plus grand que celui de la petite gorge r PAR : LEDOUX TAKOUO 38 PCT 3ème NEW LOOK APC SEQUENCE 2 Production et utilisation de la tension alternative PAR : LEDOUX TAKOUO 39 PCT 3ème NEW LOOK APC PAR : LEDOUX TAKOUO 40 PCT 3ème NEW LOOK APC PAR : LEDOUX TAKOUO 41  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 2 PRODUCTION D’UN COURANT ALTERNATIF Situation de vie : D’où proviens de l’énergie électrique ? Compétences visées : - Citer et décrire les différents modes de production de l’énergie électrique au Cameroun - Décrire les méthodes de distribution de cette énergie 1 – METHODES DE PRODUCTION DE L’ENERGIE ELECXTRIQUE Au Cameroun, les principales sources du courant électrique sont : - Les centrales hydroélectriques - Les centrales thermiques 1.1 – Les centrales ou barrages hydroélectriques Une centrale hydroélectrique convertit l’énergie potentielle d’une chute d’eau en énergie mécanique grâce à une turbine, puis en énergie électrique au moyen d’un alternateur. Exemples : les barrages hydroélectriques d’Edéa et de Song Loulou sur la Sanaga, celle de Lagdo sur la Bénoué 1.2 – Les centrales thermiques Une centrale thermique convertit l’énergie chimique ou nucléaire d’abord en énergie thermique puis en énergie électrique grâce à un alternateur. Exemples : les centrales thermiques d’oyom-Abang (yaoundé), de Logbaba (Douala) et de Bertoua. La centrale à fuel lourd de Limbe 1.3 – Autres méthodes de production de l’énergie électrique - Les centrales éoliennes qui transforment l’énergie éolienne en énergie mécanique puis en énergie électrique au moyen d’un alternateur - Les centrales solaires qui transforment l’énergie solaire en énergie électrique - Les centrales géothermiques qui transforment l’énergie interne de la terre en énergie électrique. - Les centrales à biomasses qui convertissent l’énergie chimique des déchets ménagers ou agricoles en énergie électrique. 1 – PRODUCTION D’UN COURANT ALTERNATIF PAR : LEDOUX TAKOUO 42  PCT 3ème NEW LOOK APC 2.1 – principe d’un alternateur Un alternateur est générateur de courant alternatif. Il est constitué deux principales parties : - Une partie fixe appelée stator constituée des aimants et des balais - Une partie mobile appelée rotor constituée de la bobine et le(s) collecteur(s) NB : C’est la rotation du rotor devant le stator qui produit la tension alternative qui fournit donc le courant alternatif 3 – Réseaux de distribution de l’énergie électrique Pour transporter l’énergie électrique des sites de production vers les centres de consommation, les compagnies d’électricité (éneo …) Utilisent les transformateurs et des lignes faites de câbles métalliques (Al ou Cu) soutenus par des pilonnes dont l’ensemble constituent le réseau de distribution selon le diagramme suivant : Centrale Transformateur Lignes HT Transformateur Lignes MT 3 fils Transformateur élévateur de 3 fils abaisseur de abaisseur de électrique tension tension tension Lignes BT 2 ou 4 fils Centres de consommation PAR : LEDOUX TAKOUO 43  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 3 LES TENSIONS ALTERNATIVES Situation problème Les élèves de 3ème ESP décident de mesurer les caractéristiques de la tension électrique du secteur utilisé pour l’alimentation en énergie de leurs différentes machines. Pour cela, elles disposent d’un appareil qui, convenablement branché, son écran affiche la courbe ci-contre. 1. Quel nom donne-t-on à l’appareil qui a permis d’obtenir la courbe ci-contre ? 2. Comment appelle –t- on la courbe donnée par l’écran de cet appareil ? 3. Quelle est la grandeur physique visualisée par l’écran de l’appareil ? 4. Déterminer la valeur maximale Umax de cette grandeur sachant que la sensibilité verticale de l’appareil est de 2V/divisions. Compétences visées : - Définir : tension alternative - Distinguer une tension alternative sinusoïdale et en donner les Caractéristiques 1 – TENSION ALTERNATIVE ET TENSION ALTERNATIVE SINUSOIDALE Activité PAR : LEDOUX TAKOUO 44  PCT 3ème NEW LOOK APC Les quatre graphiques ci-dessous représentent des tensions. Attribue à chaque graphique les bonnes caractéristiques en choisissant des termes de la liste suivante : périodique ; alternatif ; alternatif et périodique ; alternatif, périodique et sinusoïdal. 1.1 – Définitions  Tension continue : tension dont le sens ne change pas au cours du temps. Elle est produite par des batteries.  Tension alternative : tension qui change alternativement de signe au cours du temps. Elle est délivrée aux bornes d’une prise de courant de secteur.  Tension alternative sinusoïdale : tension dont la courbe représentative est une suite d’ondes identiques appelée sinusoïde 1.2 – Visualisation d’une tension alternative sinusoïdale U(V) T Umax t(s) T Visualisation d’une tension alternative sinusoïdale à l’oscilloscope  L’oscilloscope est l’appareil qui permet de visualiser les variations d’une tension alternative en fonction du temps. La courbe ci-dessus appelée oscillogramme (sinusoïde) est la courbe représentative d’une tension alternative sinusoïdale. La partie de la courbe située entre deux sommets ou deux creux consécutifs est appelée motif. La durée qui sépare deux sommets consécutifs est appelée période (durée d’un motif) notée T et exprimée en secondes (s). La fréquence F est l’inverse de la période T. c’est aussi le nombre de périodes par unité de temps. Elle s’exprime en Hertz (Hz). La fréquence F et la période T sont liées par la relation : 𝟏 𝑇: 𝑝é𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑠 (𝑠) F= avec { 𝑻 𝐹: 𝑓𝑟é𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝐻𝑒𝑟𝑡𝑧 (𝐻𝑧) PAR : LEDOUX TAKOUO 45  PCT 3ème NEW LOOK APC Tips : Représenter sur le graphe Umax ; T et les divisions sur les axes du repère afin de faciliter la compréhension des notions de sensibilité verticale (s) et de balayage horizontal (b) 1.3 – Caractéristiques d’une tension alternative sinusoïdale L’oscillogramme nous permet de mesurer : - La période T telle que 𝑛: 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑠𝑢𝑟 𝑙 ′ 𝑎𝑥𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 (𝑑𝑖𝑣) T = n.b { 𝑏: 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑦𝑎𝑔𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒/𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 (𝑠/𝑑𝑖𝑣) 𝑇: 𝑝é𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑠 (𝑠) - La valeur de la tension maximale Umax telle que 𝑛: 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑠𝑢𝑟 𝑙′ 𝑎𝑥𝑒 𝑑𝑒𝑠 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑠 (𝑑𝑖𝑣) Umax = n.s { 𝑠: 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑡/𝑑𝑖𝑣𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛 (𝑉/𝑑𝑖𝑣) 𝑈𝑚𝑎𝑥 ∶ 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 (𝑉) 1.4 – Valeur efficace d’une tension alternative sinusoïdale :  La valeur de la tension efficace Ueff est donnée par un voltmètre branché aux bornes d’un générateur de tension alternative. Ueff et Umax sont liées par la relation : 𝑈𝑚𝑎𝑥 ∶ 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 (𝑉) Umax = √𝟐 × Ueff { 𝑈𝑒𝑓𝑓 ∶ 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑒 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 (𝑉)  De meme, on peut avoir la relation entre l’intensité efficace Ieff et l’intensité maximale Imax telle que Imax = √𝟐 × Ieff Exemple La tension électrique délivrée au réseau électrique par une usine a la même allure que la tension présentée sur l'oscillogramme ci-dessous 1. Parmi les termes ci-dessous, choisir celui (ou ceux) qui convient (conviennent) pour décrire la tension électrique : Sinusoïdale ; positive ; continue ; alternative. PAR : LEDOUX TAKOUO 46  PCT 3ème NEW LOOK APC 2. Un électricien veut mesurer la valeur efficace de cette tension électrique avec un multimètre. En utilisant l'oscillogramme ci-dessus : 2.1. Représenter sur le graphe la période T de cette tension électrique puis calculer sa valeur 2.2. Représenter sur le graphe la tension électrique maximale Umax de la tension électrique puis calculer sa valeur. 2.3. Déduire des questions précédentes les valeurs de la fréquence f et de la tension efficace Ueff. 2 – DISPOSITIFS DE PRODUCTION DES TENSIONS ALTERNATIVES Le courant alternatif est essentiellement produit à partir des alternateurs. On distingue : - Les alternateurs des centrales électriques - Les générateurs de laboratoires - Les générateurs de très basses fréquences (GBF) - Les dynamos des bicyclettes … NB : Toutes les tensons alternatives ne sont pas sinusoïdales. Umax et Imax sont généralement indiquées par les compteurs électriques éneo. Chaque appareil électrique porte un chiffre suivi de la lettre V : c’est sa tension nominale ; Un générateur de tension alternative a pour symbole : G Exercice d’application 3V 5ms t (ms) L’oscillogramme ci-dessus représente une tension alternative. Déterminer a) Le type de tension dont il est question. b) La période T et en déduire la fréquence F c) La valeur maximale et la valeur efficace de la tension Solution 1 – Type de tension : tension alternative sinusoïdale car l’oscillogramme est une sinusoïde. 2 - a) Déterminons la période T. PAR : LEDOUX TAKOUO 47  PCT 3ème NEW LOOK APC Sur l’axe des temps, on voit que le balayage horizontal b = 5ms/div et on compte n = 4div. La période T est donc T = n.b AN : T = 4×5 Donc T = 20ms = 0,02s Déduisons la fréquence F On sait que : 𝟏 F=𝑻 1 AN : F = 0,02 = 50 Donc F = 50Hz 3 – Déterminons la valeur de la tension maximale Umax Sur l’axe vertical, nous comptons n = 3div et la sensibilité verticale s vaut s = 3V/div La tension maximale est Umax = n.s AN : Umax = 3×3 Umax = 9V Déduisons la valeur de la tension efficace Ueff Umax On sait que : Umax = √2 × Ueff Ueff = 9 √2 AN : Ueff = 2 = 6,25 Donc Ueff = 6,25 V √ PAR : LEDOUX TAKOUO 48  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 4 ENERGIE ELECTRIQUE ET PUISSANCE ELECTRIQUE Situation problème : Qu’est-ce que l’énergie électrique ? Compétences visées : - -Décrypter une facture éneo ; - -Etablir et exploiter la relation entre la puissance et l’énergie Electrique. 1 – ENERGIE ELECTRIQUE ACTIVITE Recopier et compléter le tableau suivant : Extrait de la facture Eneo, mois de Janvier M. KENFACK 2021 Détails de la facture Ancien Nouvel Coef. Quantité Tarif Montant index index Relevé compteur 33625 33790 1 ………. Total énergie consommée ………. Tranche 1 ………. 50 ………. Tranche 2 ………. 79 ………. Taxes (TTC) 19,25% ……… ……….. Montant total TTC 1.1 – Unité et mesure de l’énergie électrique Le compteur électrique mesure l’énergie électrique consommée dans une installation. L’énergie électrique E consommée dans une installation est donnée par la formule : PAR : LEDOUX TAKOUO 49  PCT 3ème NEW LOOK APC 𝐸: é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑘𝑖𝑙𝑜𝑤𝑎𝑡𝑡ℎ𝑒𝑢𝑟𝑒𝑠 (𝐾𝑊ℎ) Econ = NI – AI {𝑁𝐼: 𝑁𝑜𝑢𝑣𝑒𝑙 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑥 𝐴𝐼: 𝐴𝑛𝑐𝑖𝑒𝑛 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑥 NB :  L’unité légale de l’énergie est le Joule (J) 1Wh = 3600 J ; 1kwh = 103 Wh  L’énergie électrique peut également se calculer en fonction du nombre de tours « n » du disque du compteur en fonction de sa constante d’énergie C ; on aura alors Econs = n.C. 1.2 – Facturation éneo A la fin de chaque mois, la société éneo délivre à chaque abonné une facture d’électricité. D’après la loi de finance 2019, on peut établir le tableau de consommation suivant : Tranche de la TVA appliquée sur toute Energie consommée Tarif du kWh (en F cfa) consommation la consommation 1 De 0 à 110 KWh 50 0 2 De 111 KWh à 220 KWh 79 0 3 De 221 KWh à 400 KWh 79 19,25% 4 De 401 KWh à 800 KWh 94 19,25% 5 De 801 KWh à 2000 KWh 99 19,25% 3 – PUISSANCE ELECTRIQUE Activité Thomas possède un équipement informatique complet : un ordinateur et un écran plat ; un modem externe et une imprimante scanner. Il décide d’évaluer l’énergie consommée par son installation. Pour cela, Thomas relève les puissances nominales de ses appareils et évalue la durée quotidienne de fonctionnement en mode actif (ordinateur et écran allumés) la puissance délivrée par Eneo est 2200W. Appareils Puissance nominale Durée de fonctionnement Ordinateur 1500W 5h/Jour Ecran LCD 1200W 5h/Jour Modem 50W 3h/Jour Imprimante 60W h/Jour a) Sachant que le mois compte 30jours aider Thomas à déterminer sa consommation mensuelle b) Déterminer l’énergie consommée par chaque appareil par mois c) Déterminer l’énergie consommée par tous les appareils en un mois PAR : LEDOUX TAKOUO 50  PCT 3ème NEW LOOK APC d) Etablir la facture Eneo : Calculer le net à payer de thomas à la fin du mois 2.1 – Puissance nominale Chaque appareil porte un nombre suivi de la lettre W : Cette valeur est la puissance nominale de cet appareil. La puissance nominale d’un appareil est la puissance qu’il consomme lorsqu’il fonctionne normalement (sous sa tension nominale). Elle est notée P et s’exprime en Watt (W) - En courant continu, la puissance P consommée par un résistor est donnée par la formule : 𝑃: 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒 𝑒𝑛 𝑊𝑎𝑡𝑡 (𝑊) P=U×I {𝑈: 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙𝑒 𝑒𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑠 (𝑉) 𝐼: 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡é 𝑑𝑢 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑎𝑚𝑝è𝑟𝑒 (𝐴) - En courant alternatif, la puissance électrique consommée par un résistor est donnée par la formule : 𝑃: 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒 (𝑊) P = Ueff × Ieff avec { Ueff ∶ tension efficace (V) Ieff: Intensité efficace (A) NB : La puissance électrique se mesure à l’aide d’un appareil appelé le wattmètre. 2.2 – Relation entre Puissance et énergie électrique L’énergie électrique E consommée par un résistor est égale au produit de la puissance P de ce résistor par le temps de fonctionnement t 𝐸: é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑊𝑎𝑡𝑡ℎ𝑒𝑢𝑟𝑒𝑠 (𝑊ℎ) E=P×t avec {𝑃: 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛 𝑊𝑎𝑡𝑡 (𝑊) 𝑡: 𝑑𝑢𝑟é𝑒 𝑑𝑒 𝑓𝑜𝑛𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛𝑛𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑠 (𝑠) Tips : Expliquer que lorsque le temps est en secondes, l’énergie s’exprime en joule (J). Montrer également comment tirer P ou t à partir de la relation ci-dessus. Exercices d’application Sur la plaque signalétique d’une lampe, on peut lire : 220 V – 59,4 W 1 – Donner la signification de chacune de ces inscriptions. 2 – Déterminer l’intensité du courant qui traverse cette lampe lorsqu’elle fonctionne normalement 3 – Calculer l’énergie électrique consommée par cette lampe puor une durée de fonctionnement de 15 min a) En Wattheures b) En joules Solution Lampe : 220 V – 59,4 W 1 – Donnons la signification des inscriptions : - 220 V : tension nominale ou tension d’usage (tension sous laquelle la lampe fonctionne normalement) PAR : LEDOUX TAKOUO 51  PCT 3ème NEW LOOK APC - 59,4 W : puissance nominale (puissance que cette lampe consomme lorsqu’elle fonctionne normalement) 2 – Déterminons l’intensité du courant I qui traverse la lampe. 𝑃 I= On sait que : P = UI 𝑈 AN : I = 0,27 A 3 – Calculons l’énergie électrique consommée pendant 15min a) En Wattheures On sait que E = P. t t = 15min = 0,25 h AN : E = 59,4 × 0,25 Donc E = 14,85 Wh b) En joules t = 15min = 900s AN : E = 59,4 × 900 Donc E = 53,46 J PAR : LEDOUX TAKOUO 52  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 5 L’ADAPTATEUR SECTEUR Situation problème : Vous êtes au village pendant les grandes vacances, avec votre grand-père. Quelques jours plus tard voilà votre oncle décide de faire un tour par le village, et a cet effet il offre un poste radio a votre grand papa voulant brancher son poste de radio sur le courant de secteur, il ne sait pas comment s’y prendre et il fait appel à vous. Expliquer en détail a votre grand papa comment il pourra procéder. Compétence visée : - Connaître les différentes parties d’un adaptateur secteur et leurs différentes fonctions 1 – FONCTION D’UN ADAPTATEUR SECTEUR Activité : Observation d’un chargeur de téléphone portable Un adaptateur secteur ou chargeur permet de transformer le courant alternatif de secteur en courant continu de très basse tension. La fiche signalétique d’un chargeur indique toujours :  La tension d’entrée Input et  La tension de sortie Output Exemple : On peut lire sur la fiche signalétique d’un adaptateur secteur : 230 V ~ 4,5 𝑉 ou 230 V AC ~ 4,5 𝑉 DC où AC : Alternative Current et DC : Direct Current 2 – DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT D’UN ADAPTATEUR SECTEUR Un adaptateur secteur comprend trois principales parties qui ont des fonctions bien précises : un transformateur ; un redresseur et un condensateur 2.1 – Le transformateur - Symbole Source Source Primaire Secondaire Transformateur - Fonction : Le transformateur permet d’abaisser ou d’élever la PAR : LEDOUX TAKOUO 53  PCT 3ème NEW LOOK APC valeur efficace d’une tension alternative (il change les 220V de la tension du secteur en une tension plus basse 1,5V par exemple) NB : Le transformateur ne fonctionne pas en courant continu. Il existe deux types de transformateurs  Transformateur abaisseur de tension et  Transformation élévateur de tension U(V) U(V) t(s) t(s) 2.2 – Le redresseur - Symbole Pont de Graetz ou Pont de diodes - Fonction : Le redresseur transforme la tension sinusoïdale en une tension redressée (tension redressée dans le même sens) U(V) 2.3 – Le condensateur t(s) - Symbole : Condensateur - Fonction : Le condensateur transforme la tension redressée en tension continue : on dit qu’il lisse (filtre) la tension redressée U(V) Conclusion : Un adaptateur est formé de trois principales parties : - Un transformateur abaisseur de la tension alternative t(s) de secteur - Un pont de Graetz redresseur de la tension abaissée - Un condensateur lisseur de la tension redressée PAR : LEDOUX TAKOUO 54  PCT 3ème NEW LOOK APC MODULE 3 CHIMIE ET PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT FAMILLE DE SITUATION : UTILISATION DES PRODUITS ET PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT SEQUENCE 1 : GESTION ET UTILISATION DES PRODUITS PETROLIERS SEQUENCE 2 : UTILISATION DES MATIERES PLASTIQUES PAR : LEDOUX TAKOUO 55  PCT 3ème NEW LOOK APC SEQUENCE 1 GESTION ET UTILISATION DES PRODUITS PETROLIERS Les conséquences de la pollution de l’air, des sols et des eaux lier à l’utilisation des produits pétroliers PAR : LEDOUX TAKOUO 56  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 1 LES PETROLES ET LES GAZ NATURELS SITUATION PROBLEME : D’où provient le pétrole ? et quels sont ses dérivés ? Compétences visées : - Connaître les origines et la composition des pétroles et des gaz naturels - Connaître les opérations de traitement des pétroles - Connaître les principales utilisations des produits pétroliers et les inconvénients qui en découlent 1 – LES PETROLES 1.1 – Origine et composition des pétroles Les pétroles sont issus de la décomposition lente et en anaérobiose des débris des matières organiques et végétales déposés au fond des mers anciennes par des micro-organismes. Le pétrole est un liquide brun plus ou moins visqueux d’origine naturelle. C’est un mélange complexe d’hydrocarbures (alcanes ; cyclanes ; composés aromatiques …) Les facteurs qui interviennent dans la formation des pétroles sont : PAR : LEDOUX TAKOUO 57  PCT 3ème NEW LOOK APC - La composition de la matière organique initiale - La géothermie (chaleur interne du sous-sol) - La durée d’action de la géothermie NB : Le pétrole brut est tout pétrole n’ayant subi aucune opération de traitement. Un hydrocarbure est un composé formé uniquement des éléments Carbone et Hydrogène de formule brute CxHy 1.2 – Raffinage des pétroles Raffinage : ensemble des opérations de traitement des pétroles bruts. Le raffinage comprend deux types de traitements : le traitement physique et le traitement chimique. - Le traitement physique concerne : la purification ; la distillation fractionnée et la distillation sous vide - Le traitement chimique regroupe : le craquage et le reformage. 1.2.1 – Le traitement physique a) La purification : elle a pour but de débarrasser les pétroles de leurs impuretés b) Distillation fractionnée : procédé de séparation des différents constituants du pétrole en fonction de leur température d’ébullition c) La distillation sous vide : elle conduit à l’obtention des fiouls lourds et des bitumes 1.2.2 – Le traitement chimique a) Le craquage : opération qui consiste à transformer les hydrocarbures lourds en hydrocarbures légers b) Le reformage : opération qui consiste à modifier la structure d’un hydrocarbure sans changer son nombre d’atomes de carbone NB : une coupe pétrolière est un ensemble d’hydrocarbures ayant des températures d’ébullition voisines. Exemples de coupes pétrolières utilisées au Cameroun : Coupe pétrolière Usages courants Naphta Plastiques ; industrie chimique Essence Voitures ; motos … Gasoil (gazole) Moteurs diesel ; engins lourds … Kérosène Avions … Pétrole lampant Lampes ; réchauds à pétrole … Fioul Centrale thermique Bitume (goudron) Routes bitumées … 2 – UTILISATIONS DES PRODUITS PETROLIERS ET SES CONSEQUENCES 2.1 - UTILISATIONS DES PRODUITS PETROLIERS Les produits pétroliers sont utilisés au quotidien comme sources d’énergie et comme matières premières de synthèse dans l’industrie chimique. a) Utilisations comme sources d’énergie Les produits pétroliers servent comme combustibles et comme carburants PAR : LEDOUX TAKOUO 58  PCT 3ème NEW LOOK APC  Combustibles : fiouls dans les centrales thermiques ; pétrole dans les lampes et réchauds à pétrole ; le butane (gaz domestique) dans les réchauds à gaz …  Carburants : le gasoil pour les moteurs diesel ; le mazout pour les bateaux ; le kérosène pour les avions à réaction ; l’essence super pour les voitures légères et les motos … b) Utilisations comme matières premières Les composés provenant des pétroles sont utilisés dans l’industrie chimique pour :  La fabrication des matières plastiques ; lubrifiants …  La fabrication des produits de la pétrochimie : savons ; détergents ; fibres textiles (tergal ; nylon …)  La fabrication des produits cosmétiques : laits de beauté..  La fabrication des produits phytosanitaires Agrochimie : insecticides ; fongicides … Le pétrole intervient comme principe actif dans certains médicaments (aspirine ; paracétamol ; certains antibiotiques ….) 2.2 – Inconvénients des produits pétroliers Les produits pétroliers mal gérés peuvent avoir des conséquences graves sur l’environnement et sur la santé des personnes : - C’est une source d’énergie non renouvelable - C’est une énergie polluante - La combustion des produits pétroliers libère le CO2 (GES) et d’autres gaz toxiques (CO ; NO …) - Déversés dans les mers, les produits pétroliers sont à l’origine des marées noires. - Ils sont la cause de nombreuses catastrophes (celle de sam Efoulan) et des incendies. 3 – LES GAZ NATURELS 3.1 – Définition Gaz naturel : mélange d’hydrocarbures renfermant plus de 90% de méthane 3.2 – Origine et composition Les gaz naturels proviennent de la décomposition lente des débris animaux et végétaux. Ils sont constitués à plus de 90% de méthane et renferment en outre l’éthane ; le propane ; le butane et le pentane 3.3 – Utilisations des gaz naturels et ses conséquences a) Utilisations Les gaz naturels servent pour : - Le chauffage des habitations - La cuisson des aliments - La production de l’électricité - La production des engrais (agrochimie) b) Avantages - Moins polluant que les produits pétroliers - Produit plus de chaleur - Moins salissant que le pétrole PAR : LEDOUX TAKOUO 59  PCT 3ème NEW LOOK APC c) Inconvénients - Libère plus de CO2 (GES) - Causent facilement les incendies - Ressource épuisable PAR : LEDOUX TAKOUO 60 PCT 3ème NEW LOOK APC SEQUENCE 2 UTILISATION DES MATIERES PLASTIQUES LA POLUTION DES SOLS PAR LES MATIERES PLASTIQUES PAR : LEDOUX TAKOUO 61  PCT 3ème NEW LOOK APC LECON 2 LES MATIERES PLASTIQUES Situation de vie : L’utilisation massive de matières plastiques pour la fabrication d’objets à usage unique ou à courte durée de vie a des impacts négatifs sur l’environnement. En particulier, le recours massif aux plastiques pour les emballages et le manque de collecte systématique se traduisent par une accumulation de plastiques dans l’environnement, source de nuisance visuelle et de pollution des sols et des milieux maritimes. a) Quel est le problème soulevé dans le texte ? Qu’est ce qui pourrait expliquer la nuisance causée par les matières plastiques (au moins trois arguments) ? b) Comment est gérer ce problème de flux massif des matières plastiques dans votre localité ? Quelles en sont les conséquences. c) Proposer trois solutions permettant de résoudre ces problèmes. Compétences visées : - Définir et identifier une matière plastique - Distinguer une matière biodégradable d’une matière non biodégradable - Connaître les utilisations des matières plastiques et leurs différents modes de gestion 1 – LES MATIERES PLASTIQUES 1.1 – Définition Matière plastique : matériau organique ou synthétique constitué de macromolécules (grosses molécules) et d’adjuvants (substances associées aux polymères et destiner à améliorer ses caractéristiques : stabilisant ; plastifiant ; lubrifiant …) NB : Un composé organique est un composé de carbone dont la combustion produit du CO2 et de l’eau. On distingue : les matériaux biodégradables et les matériaux non biodégradables - Matériau biodégradable : objet qui se dégrade rapidement dans la nature sous l’action des micro- organismes (planctons ; bactéries). Exemples : feuilles mortes de manguier ; palmier abattu … - Matériau non biodégradable : objet qui ne se dégrade pas du tout dans la nature. Exemples : bouteilles ; emballages en plastique … 1.2 – Utilisations et gestion des matières plastiques a) Utilisations Les matières plastiques sont utilisées dans de nombreux domaines PAR : LEDOUX TAKOUO 62  PCT 3ème NEW LOOK APC