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Dossier pédagogique Les métaux au fil de l’Histoire Les métaux au fil de l’Hist

Dossier pédagogique Les métaux au fil de l’Histoire Les métaux au fil de l’Histoire – Dossier CNHS 2 INTRODUCTION Le CNHS est une asbl fondée en 1958 ayant pour objectifs la promotion et la diffusion de l’histoire des sciences en Belgique. Dans le cadre scolaire, nous organisons des activités éducatives autour de thèmes précis alliant histoire et science En collaboration avec le Musée de La Fonderie, nous organisons une animation autour de sa collection des machines industrielles. Le présent dossier développe un des aspects de cette visite : l’histoire des métaux. Ce dossier devrait permettre aux enseignants de préparer la visite et de prolonger l’animation en classe. Les objectifs de la visite : - découvrir les métaux et leurs propriétés - comprendre les circonstances de la découverte des métaux et de leur utilisation - apprendre à observer et à exprimer le résultat d’observations - apprendre un nouveau vocabulaire - stimuler la créativité durant les ateliers - sensibiliser à l’histoire des sciences et des techniques dans un contexte industriel - montrer l’évolution des techniques/sciences Le public visé par la visite : Nous visons un public scolaire : les deux dernières années du primaire et la première année du secondaire (enseignement général, étude du milieu). Il s’agit d’une activité transversale qui peut s’insérer tant dans le programme des sciences que celui d’histoire. Liens avec le programme > Liens avec le programme des sciences Secondaire, premier degré commun - L'énergie: formes et sources d'énergie - La matière et ses états - Education par la technologie : structures et mécanismes, technologie étudiant les mécanismes de construction, simples et/ou complexes, des machines mettant en œuvre des principes mécaniques, électriques, pneumatiques et hydrauliques. Technologie des matériaux: La technologie des matériaux peut comprendre la connaissance de qualité ou de compatibilité de différents types de matériaux incluant bois, textiles, matériaux composites, métaux, plastiques, combustibles aussi bien au niveau du processus que du traitement, de la conservation et du recyclage. Les métaux au fil de l’Histoire – Dossier CNHS 3 Primaire- 4è cycle (10-12 ans) : Eveil scientifique - Découvrir l'énergie : sources d'énergie, transformation d'énergie - La matière: propriétés et changements d'état - L'homme et l'environnement - Les états de la matière > Liens avec le programme d’Histoire: - Exploiter des sources historiques - Le mode de vie des gens à une époque déterminée - L'évolution du mode de vie des gens (préhistoire, antiquité, moyen-âge...) - Les grandes découvertes Les visites et animations ont lieu du lundi au vendredi à la Fonderie, Rue Ransfort à 1080 Bruxelles sur rendez-vous. Pour tout renseignement, n’hésitez pas à contacter Yannik van Praag, responsable du service éducatif (+ 32 (0)2/413.11.85) ou a envoyer un mail à l’adresse suivante parcours.lafonderie@skynet.be Les métaux au fil de l’Histoire – Dossier CNHS 4 SOMMAIRE INTRODUCTION 2 I. UNE HISTOIRE DU METAL 5 A. Présentation 5 B. Un métal, qu’est ce que c’est ? 5 C. Vocabulaire spécifique 7 D. Les métaux et leur histoire 8 E. Les sept premiers métaux 10 1. Or 10 2. Cuivre 12 3. Argent 14 4. Etain 16 5. Plomb 18 6. Fer 20 7. Mercure 23 F. Les autres métaux 25 G. Histoire de la métallurgie 29 1. Age du Cuivre 29 2. Age du Bronze 30 3. Age du Fer 31 4. Développement de la Métallurgie 33 5. Puddlage et Laminage 35 Conclusion 36 Bibliographie 37 II. LE METAL. PROLONGEMENT 38 1. Créer une fiche objet 2. Liens objets / métaux 3. Ligne du temps des premiers métaux 4. Activité « corrosion » 5. Métal et vocabulaire Les métaux au fil de l’Histoire – Dossier CNHS 5 I. UNE HISTOIRE DU METAL A. Présentation Les métaux font partie de notre vie quotidienne et se retrouvent dans toutes les actions de notre existence : de la canette de boisson aux couverts en passant par les fils électriques ou mêmes nos téléphones portables! Aucune matière n'a été aussi importante que le métal pour l'histoire de l'homme. Les progrès de l'agriculture, de la guerre, du transport, et même ceux de l’art ou de la cuisine auraient été impossibles sans eux. Mais pour pouvoir les utiliser, de nombreux problèmes techniques ont dû être résolus : Comment les reconnaître ? Où les trouver alors qu’ils sont parfois enfouis sous des tonnes de roches ? Comment les déceler alors qu’ils sont souvent en combinaison avec d’autres substances ? Quelles sont leurs propriétés et comment les utiliser au mieux? Savez-vous que les métaux ont une histoire ? Ils ont été découverts à des moments différents et leur utilisation va à chaque fois transformer la société ambiante. Ce dossier pédagogique voudrait vous faire découvrir les péripéties de l’histoire des métaux et l’aventure de leur maîtrise. B. Un métal, qu’est ce que c’est ? Les états de la matière C’est dans le sol, sous forme de minerais, qu’on trouve les métaux. Ils se présentent parfois à l’état pur, mais ils sont la plupart du temps mélangés à d’autres éléments : par exemple, la majorité des minerais de fer est un composé chimique de fer, d’oxygène et de silicium. Pour qu’il puisse être utilisé, il doit être séparé et débarrassé des autres éléments. Comment faire ? On utilise surtout un traitement appelé « fusion » qui s’exécute dans un haut fourneau pouvant atteindre des températures élevées. On y fond le métal et, devenu liquide, on pourra l’isoler plus facilement et créer une substance « pure ». La différence métal/non métal Epinglons quelques-unes des grandes différences qui distinguent les métaux des non- métaux : * Il y a d’abord les propriétés chimiques (dans le tableau périodique de Mendeleïev, les métaux sont placés à gauche, et les non-métaux à droite). Les métaux ont de un à trois électrons dans leur couche externe, alors que les non-métaux en possèdent de quatre à huit. Les métaux possèdent une plus haute densité que les non-métaux. Par ailleurs, tous les atomes n’ont pas la même masse : plus ils sont lourds, plus la matière l’est aussi. Ainsi, un atome d’or est presque quatre fois plus lourd qu’un atome de fer. Attention : la densité des matériaux n’est pas proportionnelle à la masse de leur atome. Les métaux au fil de l’Histoire – Dossier CNHS 6 * Ils se distinguent aussi dans leur apparence : les métaux sont brillants, alors que les non-métaux peuvent être opaques ou transparents. A l’exception du mercure, tous les métaux sont présents sous forme solide à température ambiante, mais peuvent passer à l’état liquide et gazeux, et vice versa si on les chauffe. * Ils se différencient aussi par leurs propriétés physiques et mécaniques : les métaux sont malléables à des degrés divers, ce qui signifie qu'ils peuvent être battus à feuilles minces, alors que les non-métaux sont très fragiles et peuvent être difficilement transformés. Contrairement aux non-métaux, les métaux sont ductiles, c’est à dire qu'ils peuvent être étirés en fils. Ils sont aussi de bons conducteurs d'électricité et de chaleur, alors que les non-métaux sont de mauvais conducteurs et isolant (par exemple l’eau salée). Les propriétés des métaux Les caractéristiques des premiers métaux ont souvent été découvertes par hasard, en lien avec leur utilisation, et non pas par une expérimentation préalable comme nous le ferions aujourd’hui. N’oublions pas que la science a longtemps été tributaire de la technique. Quelles sont leurs propriétés communes qui vont les distinguer des pierres telles que le silex ou le marbre ? Outre deux propriétés mécaniques (la résistance à la traction [ténacité]) et la résistance à la pénétration [dureté]), citons six propriétés des métaux : * Il y a d’abord la fusibilité : Un corps est fusible si, par la chaleur, on peut le faire passer de l’état solide à l’état liquide. Dans le cas des premiers métaux (or, cuivre, argent), les anciens obtenaient une chaleur suffisante sur un feu de bois pour le liquéfier ; par après, l’amélioration des techniques, et notamment l’utilisation du charbon de bois, permettra d’atteindre des températures plus élevées et donc de faire fondre d’autres métaux plus résistants. * Il y a ensuite la moulabilité : un corps est moulable quand, à l’état liquide, il peut être refroidi et solidifié dans un moule en prenant la forme de celui-ci. * Il y a encore la malléabilité : Contrairement aux pierres, les métaux ne se brisent pas quand on leur porte un coup, ils se déforment en conservant la nouvelle forme acquise. La malléabilité est la raison pour laquelle on peut laminer (rouleau compresseur) un matériau, le forger (martèlement), ou découper plus ou moins facilement un métal. * La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre pour former notamment des fils. S'il y résiste bien, il est dit ductile, sinon il est dit fragile. * Il y a enfin la conductivité thermique ou électrique, c’est-à-dire que les métaux transmettent la chaleur ou le courant électrique à des degrés divers. * Les métaux se caractérisent encore par la masse volumique. En effet, pour un même volume donné, les corps n'ont pas le même poids. L'argent a uploads/Histoire/ dossier-pedagogique-metaux.pdf