Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

SC2321 - Didactique spéciale en sciences naturelles Activité proposée à des élè

SC2321 - Didactique spéciale en sciences naturelles Activité proposée à des élèves dans le cadre du Festival des Sciences 2005 Thème : « La ville » DU MAÏS AU PLASTIQUE… GROUPE 2 CONTEMPRE XAVIER DUBUISSON MARLENE LOIR ADELINE PELE MIREILLE SNEESSENS CHRISTOPHE Du maïs au plastique… 17 décembre 2004 2 1. Titre de l’activité Du maïs au plastique… 2. Plan 1- Accueil des élèves (5 minutes) avec exposition de photos « chocs » sur la pollution par les plastiques. 2- Lecture de la situation problème (3 minutes). 3- Questions – réponses : recueil des conceptions des élèves (5 minutes). 4- Comment synthétise-t-on un film plastique à base d’amidon de maïs (expérience 1) ? Durant le temps d’attente de l’expérience, découverte de la vitrine contenant des objets en plastiques biodégradables. Discussion (40 minutes au total). 5- Qu’est-ce que la biodégradation ? Discussion et expérience 2 (observation d’échantillons de plastiques colonisés ou non par des bactéries) (15 minutes). 6- Conclusions (importance du compostage ; nécessité d’une prise de conscience,…) avec reformulation par les étudiants afin de voir si leurs conceptions ont évolué. 3. Description de la situation problème (contextualisation) « Hier soir, vous êtes sorti avec vos amis aux 24h vélo de Louvain-la-Neuve. L’image de tous les gobelets en plastique jonchant le sol vous revient et vous êtes préoccupé. Que vont devenir tous ces gobelets ? L’année prochaine, vous serez à l’université. C’est décidé, vous ferez partie du comité d’organisation de cette grande fête et vous essayerez de rendre cette dernière plus écologique, en vous occupant par exemple de la commande de gobelets pour la cuvée 2005! Vous en discutez à la maison. Votre père prétend qu’il a entendu l’autre jour à la radio qu’il était possible de fabriquer du plastique - sans danger pour l’environnement - à base de maïs. Vous pensez qu’il a certainement du mal comprendre. Comment du maïs pourrait-il être transformé en plastique ? Et pourquoi serait-il sans danger pour l’environnement ? N’empêche, ceci vous trotte en tête. E t si votre père avait bien entendu ? Vous décidez d’en savoir plus… Sans plus attendre, vous vous rendez dans un laboratoire de pointe qui travaille sur une nouvelle génération de plastiques …» 4. Public visé Les élèves qui participeront à cet atelier seront dans le troisième degré de l’enseignement secondaire supérieur. 5. Liens avec le programme Ce sujet trouve sa place dans plusieurs thèmes du programme des cours de biologie et de chimie du troisième degré (« équilibre écologique – évolution des écosystèmes » pour la Du maïs au plastique… 17 décembre 2004 3 partie biologie, « réactivité et usage de quelques produits chimiques» et « propriétés et usages de quelques familles de composés organiques » pour la partie chimique). 6. Prérequis nécessaires Les élèves auront déjà vu en classe la théorie sur la polymérisation : alcènes et polymères – synthèse et propriété de quelques matières plastiques (au programme de chimie - 5ème). 7. Compétences visées Cet atelier permettra aux étudiants de travailler les compétences suivantes : A/ Compétences générales 1- Organiser ses observations et ses connaissances sur base de critères scientifiques 2- Modéliser une technologie 3- Formuler des questions et des hypothèses 4- Interpréter un phénomène 5- Communiquer des observations et des résultats B/ Compétences scientifiques 1- Confronter ses représentations avec les théories établies 2- Conduire une recherche/utiliser des procédures expérimentales (émettre des hypothèses, suivre un protocole, observer, élaborer une synthèse critique) 3- S’approprier des concepts fondamentaux, en évaluer la portée et les limites et les utiliser dans des explications argumentées 4- Bâtir un raisonnement logique 5- Communiquer 6- Utiliser des savoirs scientifiques pour enrichir des représentations interdisciplinaires C/ Compétences spécifiques 1- Utiliser une démarche scientifique pour appréhender des processus technologiques (Se poser des questions, expérimenter, conclure. « Comment synthétiser un plastique biodégradable ? » et « Comment le dégrader ? ») 2- Utiliser une argumentation rationnelle dans les débats de société sur un sujet tel que les emballages/déchets plastiques 3- Evaluer l’impact d’innovations technologiques sur notre mode de vie 4- Expliquer l’impact écologique de la consommation 5- Opérer la relation entre le caractère polluant d’un matériau et son caractère biodégradable ou non. 8. Concepts A/ Liste des concepts qui seront abordés Concepts pré acquis 1- Production de biomasse végétale par le biais de la photosynthèse. Du maïs au plastique… 17 décembre 2004 4 2- Polymère : Substance formée par la répétition d’un grand nombre de molécules de faible masse moléculaire (monomères). La liaison des monomères se fait lors de la réaction de polymérisation. 3- Plastique : Polymère produit par modification de substances naturelles ou par synthèse directe à partir de substances extraites du pétrole, du gaz naturel ou du charbon (ressources fossiles). Les matières plastiques ont des propriétés physico- chimiques caractéristiques et se différencient par leur très grande diversité quant à ces propriétés. Une de leur caractéristique est qu’elles peuvent être moulées à la chaleur (de manière permanente ou réversible). Nouveaux concepts 4- Bioplastique = biopolymère* plastique fabriqué à partir de matières premières naturelles et renouvelables. Exemple : bioplastique à base d’amidon (unité de base = monomère = glucose). 5- Ressources naturelles renouvelables par opposition aux ressources fossiles. 6- Enjeux écologiques liés à la production de déchets. 7- Le cycle de vie d’un matériau plastique biodégradable et l’impact sur l’environnement. Comparaison avec un plastique issu de ressources fossiles. 8- Biodégradation : dégradation en composés de faible poids moléculaire (CO2, H 2O) par la combinaison de stimuli biologiques (action de microorganismes tels que le bactéries, champignons, algues) et chimiques/physique (lumière/eau/oxygène/chaleur) dans l’environnement, sans laisser de résidus persistants et toxiques. La température et l’humidité sont des paramètres très importants dans le processus de biodégradation. La biodégradation se compose de deux phases. La phase 1 consiste en une fragmentation (déterioration physico-chimique ou biologique) en de nombreuses entités beaucoup plus petites. Durant la deuxième phase, ces petits fragments sont bioassimilés (« digérés ») par les microorganismes. 9- Compostage : processus où les matières organiques, comme les déchets domestiques et les résidus végétaux, sont décomposés par l’action de microorganismes en une matière nutritive pour le sol appelée humus. Les substances nutritives contenues dans le compost peuvent alors être réutilisées par les plantes. Dans un bon compost, l’équilibre entre les déchets, l’air, l’eau et la température doit être adéquat. La température qui règne dans un compost est élevée, à cause de l’activité des microorganismes ; elle peut atteindre 66°C. Le processus de compostage permet de réduire significativement la quantité de déchets envoyés à la décharge. 10- Estimation de la biodégradabilité d’un plastique en laboratoire via plusieurs techniques, comme la mesure des taux de CO2 émis par un compost contenant le plastique ou encore l’observation de la croissance bactérienne sur des échantillons de plastique. Ces mesures, couplées à des études d’écotoxicité, permettent d’établir si un plastique est réellement biodégradable et compostable (existence de normes) et de lui accorder un logo permettant de le reconnaître aisément. Du maïs au plastique… 17 décembre 2004 5 B/ Carte conceptuelle 9. Description du déroulement de l’atelier Accueil de élèves et exposition de photos chocs sur la pollution par les plastiques Recueil des conceptions préalables des élèves avant de lancer l’expérience 1 (Questions – réponses) D’où proviennent les plastiques habituels ? (Ressources fossiles). A quelle vitesse se dégradent les plastiques conventionnels ? (des centaines d’années ! Pas de dégradation, ou très lente; problème pour environnement). Qu’est ce qu’un bioplastique ? (Plastique fabriqué à partir de ressources biologiques naturelles renouvelables). Ø Annoncer aux élèves que l’on peut en effet fabriquer du plastique à partir de maïs (retour à la situation problème). Ø Leur présenter les ingrédients qu’ils vont utiliser pour la synthèse : Qu’est ce que l’amidon, et d’où provient-il ? L’amidon est présent dans les plantes. L’amidon est donc une matière première renouvelable. On en trouve beaucoup dans le maïs, les pommes de terre, ainsi que dans le blé et le riz. L’amidon est un polymère. Son unité de base (monomère) est le glucose (C6H12O6). Dans l’amidon, les monomères de glucose sont reliés les uns aux autres par des liaisons chimiques (figure sur fiche protocole donnée aux élèves). Il y a donc formation de véritables chaînes de glucoses. Ces chaînes peuvent être ramifiées (non linéaires). Quel est son rôle dans la plante ? C’est une importante substance de réserve énergétique. COMPOSTAGE Biodégradation: 2 phases -Biofragmentation -Bioassimilation Bioplastique Propriétés Synthèse / Transformation Récolte Extraction Sucres Amidon Utilisation: Emballages, Récipients, … CO2 H2O Photosynthèse microoganismes Bioplastique usagé Soleil Biomasse Plantes Respect de l’environnement Ressources renouvelables Plastique non biodégradable Utilisation: Emballages, Récipients, … Plastique usagé Déchet polluant persistant Ressources Fossiles Recyclage énergie COMPOSTAGE Biodégradation: 2 phases -Biofragmentation -Bioassimilation Bioplastique Propriétés Synthèse / Transformation Récolte Extraction Sucres Amidon Utilisation: Emballages, Récipients, … CO2 H2O Photosynthèse microoganismes Bioplastique usagé Soleil Soleil Biomasse Plantes Respect de l’environnement Ressources renouvelables Plastique non biodégradable Utilisation: Emballages, Récipients, … Plastique usagé Déchet polluant persistant Ressources Fossiles Recyclage Recyclage énergie Du maïs au plastique… 17 décembre 2004 6 EXPERIENCE 1 : SYNTHESE D’UN BIOPLASTIQUE A BASE D’AMIDON DE MAÏS Question à laquelle répond l’expérience Comment fabriquer un bioplastique uploads/Philosophie/ du-mais-au-plastique.pdf