PHYSIQUE–CHIMIE
CLASSE
TERMINALE DE
ENSEIGNEMENT
SPECIFIQUE
Présentation
Dans
une société où des informations de tous ordres arrivent dans l’immédiateté et
de toutes parts, la priorité est donnée à la formation des esprits pour transformer
cette information en une connaissance. L’enseignant doit être un accompagnateur
de chaque élève dans l’acquisition de compétences qui ne peuvent être
opérationnelles sans connaissances, qui sont à la fois la base et l’objectif de
la didactique, notamment scientifique. Formation des esprits et acquisition de
connaissances sont deux facettes indissociables de l’activité éducative.
Ainsi le
programme physique-chimie de terminale S se situe dans le prolongement de celui
de première S en approfondissant la formation à la démarche scientifique. Il
permet de mieux installer les compétences déjà rencontrées, de les compléter, et
de faire acquérir des connaissances nouvelles.
Comme
pour
Deux compétences occupent une place centrale en
terminale : « extraire » et « exploiter » des
informations ; elles seront mises en œuvre fréquemment, notamment dans les
situations identifiées dans la colonne de droite du programme, en respectant
l’esprit de la démarche scientifique.
Les activités proposées aux élèves au sujet de la
compétence « extraire » et leurs connaissances acquises doivent les
conduire à s’interroger de manière critique sur la valeur scientifique des
informations, sur la pertinence de leur prise en compte, et à choisir de façon
argumentée ce qui est à retenir dans des ensembles où l’information est souvent
surabondante et parfois erronée, où la connaissance objective et rationnelle
doit être distinguée de l’opinion et de la croyance.
Les supports d’informations proposés aux élèves seront multiples
et diversifiés : textes de vulgarisation et textes scientifiques en
français et éventuellement en langue étrangère, tableaux de données,
constructions graphiques, vidéos, signaux délivrés par des capteurs, spectres,
modèles moléculaires, expériences réalisées ou simulées…
L’exploitation sera conduite en passant par l’étape
d’identification des grandeurs physiques ou chimiques pertinentes et par celle de
modélisation. Cette formalisation pourra conduire à l’établissement des
équations du modèle puis à leur traitement mathématique, numérique ou graphique.
L’élève est ainsi amené à raisonner avec méthode et à
mettre en œuvre avec rigueur l’ensemble des étapes qui lui permettent de
trouver la ou les solutions au problème posé. Le professeur aura cependant à l’esprit
que le recours à des outils mathématiques n’est pas le but premier de la
formation de l’élève en physique-chimie, même si cela peut être parfois nécessaire
pour conduire une étude à son terme. Dans certains cas, le professeur utilisera
des méthodes de résolutions graphique ou numérique, pratiques de plus en plus
fréquentes en raison de la complexité des systèmes étudiés. Ce sera aussi
l’occasion de souligner que les travaux de recherche sont souvent conduits par
des équipes pluridisciplinaires.
Le professeur fera aussi appel à des exploitations
qualitatives conduites avec rigueur. L’emploi de celles-ci s’avère
particulièrement opportun dans le cas où elles permettent de dégager
directement le sens de l’étude que pourrait masquer un développement calculatoire.
Ainsi, l’analyse dimensionnelle, l’examen préalable des différents phénomènes
en cause, la comparaison d’ordres de grandeur peuvent permettre une
simplification efficace du cadre conceptuel de la situation et fournir une
résolution élégante, rapide, à un problème a
priori complexe.
Familiariser ainsi l’élève à pratiquer des raisonnements
qualitatifs, à savoir faire de la physique et de la chimie « avec les
mains », c’est aussi l’habituer à savoir communiquer en tant que
scientifique avec des non scientifiques.
Le résultat obtenu à l’issue d’une démarche de résolution
sera l’objet d’une attention particulière. L’analyse critique d’un résultat
permet en effet de lui donner davantage de sens, notamment lorsque l’on compare
les effets attendus résultant de la modification d’un paramètre et ceux
effectivement observés. L’exploitation d’un résultat apparaît comme un moyen de
validation des hypothèses faites lors de la modélisation mais aussi comme le
point de départ d’un réinvestissement : il s’agit de la charnière entre
les démarches « comprendre » et « agir » que soulignent les
programmes.
Les
professeurs, s’ils souhaitent bénéficier de ressources didactiques, de
situations et de questionnements, peuvent se reporter aux sites ministériels
sur Eduscol : http://www.eduscol.education.fr/spc où ils trouveront des
ressources pour la classe terminale, qui n’ont cependant pas de valeur
prescriptive.
Il
conviendra par ailleurs qu’ils s’appuient au mieux sur les acquis du collège et
sur ceux des programmes de seconde et de première du lycée.
Les
compétences évaluées en fin de cycle terminal à l’occasion des épreuves du
baccalauréat porteront principalement sur le programme de terminale sans
exclure celles des programmes des classes de seconde et de première, notamment celles
de nature expérimentale.
Tout en
poursuivant l’effort en cours de contextualisation de leur problématique, ces
épreuves mettront ainsi l’accent sur l’acquisition de la méthodologie
scientifique. Pour les élèves de terminale, le baccalauréat n’est pas en effet une
fin en soi, mais une étape, destinée à préparer les élèves aux études
supérieures, en accompagnant et prolongeant la formation des esprits à la
démarche scientifique.
L’accent
mis sur la méthodologie aura aussi notamment pour conséquence que les épreuves
d’évaluation fourniront tous les éléments de savoir (formules, propriétés,
données physicochimiques, schémas,…) nécessaires à leur résolution si cette
dernière implique la mise en œuvre de compétences non exigibles car ne figurant
pas dans la colonne de droite du programme.
Les
programmes de terminale de la série scientifique comme ceux de première
s’articulent autour des grandes phases de la démarche scientifique : observer,
comprendre, agir, et s’appuient sur des entrées porteuses et modernes introduites
à partir de questionnements.
Observer : ondes
et matière
La
partie « observation » est étendue à l’ensemble du spectre des ondes
électromagnétiques et aux ondes dans la matière, ainsi qu’aux particules.
Ondes
et particules
Des
sources « froides » (rayonnement cosmologique, nuages
interstellaires, corps solides,…) aux plus « chaudes » (étoiles et
sources associées), en passant par les sources composites comme les galaxies,
l’Univers est empli d’émetteurs électromagnétiques sur tout le spectre, qui
interagissent avec l’atmosphère terrestre. Cette interaction, qui dépend du
domaine spectral considéré, conditionne la nature de l’instrument d’observation,
son support technologique et son altitude (du sol à l’extérieur de
l’atmosphère).
L’Homme
sait également fabriquer des sources de rayonnement sur l’ensemble du spectre,
dans le visible, mais aussi dans les domaines radio, infrarouge et ultraviolet
notamment.
Une
étude documentaire, non exhaustive, des sources de rayonnement, éventuellement
absorbé par l’atmosphère, sera menée, ainsi que sur les ondes de matière à
l’œuvre sur Terre, avec une tonalité particulière mise sur les ondes sonores,
dont un prolongement pourra être trouvé dans l’enseignement de spécialité.
Les
photons associés aux ondes électromagnétiques, les particules élémentaires
(électrons, protons, neutrinos,…), ou composites (noyaux, atomes, molécules)
sont, à côté des ondes électromagnétiques et mécaniques, des supports précieux
d’information.
Parmi
l’ensemble des sources d’ondes et de particules, un choix est possible d’étude
plus particulière ainsi que sur un dispositif d’observation donné. Cette
faculté de choix porte également sur l’étude expérimentale obligatoire d’un
dispositif de détection.
Caractéristiques
et propriétés des ondes
Il
s’agit de savoir décrire les ondes, définir et utiliser les grandeurs physiques
associées. La diffraction d’ondes dans tous les domaines du spectre est
soulignée, en particulier dans ses conséquences sur l’observation.
L’étude
des interférences met l’accent sur les conditions d’interférences constructives
et destructives pour les ondes monochromatiques.
Comme
la diffraction et les interférences, l’effet Doppler se prête bien à
exploitation expérimentale. Son étude sera étendue à l’investigation en astrophysique
(mouvements des corps, détections indirectes et planètes extrasolaires,
expansion de l’Univers) et à la vélocimétrie.
Analyse
spectrale.
La
spectroscopie est un moyen privilégié d’étude des propriétés physicochimiques
(température, composition) des sources de rayonnement, des objets astronomiques
aux sources colorées fabriquées par l’Homme.
Elle
est également un instrument irremplaçable d’analyse des espèces chimiques
d’origine variée, notamment issues du domaine du vivant, qu’il s’agisse des spectres
UV-visible, IR ou RMN. C’est principalement cet aspect qui donnera lieu à
l’enseignement de terminale.
Sans
aborder les règles qui régissent les transferts d’énergie dans les molécules,
il s’agira d’exploiter des spectres de natures différentes à l’aide de tables
et de logiciels, en vue de les mettre en relation avec la structure des
molécules. En outre, il s’agira de choisir une espèce colorée pour conduire une
démarche expérimentale destinée à la caractériser.
Comme
dans l’ensemble du programme, l’enseignant n’est pas tenu à une lecture
séquentielle dans cette partie « Observer », et peut la traiter dans
l’ordre de son choix pour les trois thèmes. Il peut également, comme pour le
programme de première, choisir de faire un détour parmi les deux autres parties
« Comprendre » et « Agir » du programme au moyen d’un
« fil rouge ».
Comprendre :
Lois et modèles [1]
Temps, mouvement et évolution
Le
temps et sa mesure, la définition et l’évolution de son unité, reposent sur
l’étude et l’exploitation de phénomènes périodiques.
L’histoire
de cette mesure, qui peut remonter aux procédés ancestraux (gnomonique),
fournit la matière à l’étude documentaire d’une recherche de progrès tendue par
le souci toujours plus grand de la précision, de la stabilité et de l’universalité
(rotation et révolution terrestres, oscillateurs mécaniques et électriques,
horloges atomiques).
L’occasion
est alors donnée d’appliquer la cinématique et la dynamique newtoniennes pour
inscrire le temps comme variable naturelle des phénomènes évolutifs. Outre
l’énergie, l’introduction de la quantité de mouvement permet d’étendre l’étude
si fructueuse pour la physique de grandeurs qui se conservent lors d’une
évolution.
Les
aspects énergétiques interviennent dans ce cadre en particulier pour analyser
les causes de dissipation qui altèrent la reproductibilité des phénomènes et
donc la qualité des étalons de temps.
La
définition du temps atomique et la réalisation des horloges associées font
accéder à des échelles de précision telles qu’elles mettent directement en
évidence le caractère relatif du temps en fonction de la vitesse relative de
l’horloge et de l’observateur, qui est à la base de la relativité restreinte.
Les
postulats d’Einstein (1905), qui constituent cette base, aboutissent à affirmer
que la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les
référentiels galiléens. C’est une constante fondamentale de la physique.
L’étude
de cette propriété fondamentale dans le cadre d’un enseignement illustre bien
la problématique du choix didactique face à la subtilité de la démarche
scientifique. Cette subtilité est en l’occurrence celle de l’interrogation
d’Einstein se posant la question de l’unité de la physique, entre
l’électromagnétisme faisant apparaître une vitesse de propagation des ondes
dans le vide indépendante du référentiel et la mécanique newtonienne posant
l’additivité des vitesses, sans que l’on sache vraiment si la réponse
d’Einstein avait pu être inspirée de tests expérimentaux comme l’expérience de
Michelson et Morley.
La réponse
d’Einstein sous forme de postulat remet en cause le cadre de la mécanique
newtonienne, à savoir une vitesse de la lumière relative et un temps absolu, au
profit d’une vitesse de la lumière absolue et un temps relatif.
L’invariance
de la vitesse de la lumière dans le vide a été abondamment confirmée par
l’expérience (prisme mobile d’Arago 1810, Michelson et Morley 1887, Alväger
1964, Hall Brillet 1979, étoiles doubles,…). La liberté didactique du
professeur consiste à faire un choix, notamment entre une approche historique,
pouvant d’emblée annoncer le postulat et le faire suivre par des tests
expérimentaux, et une approche plus « pédagogique » partant des
résultats expérimentaux pour rendre plus naturelle ensuite l’hypothèse
d’Einstein. En ce sens le programme se présente selon un ordre qui ne saurait
être prescriptif, selon l’esprit général qui l’anime.
Il en va de même du caractère relatif du temps,
entre ses notions afférentes (événement, temps propre, temps mesuré, dilatation
des durées) et ses confirmations expérimentales ou situations concrètes
(désintégration des muons dans l’atmosphère, particules instables dans les
accélérateurs, horloges atomiques embarquées, GPS,…). A ce titre, on remarquera
que la dilatation des durées se prête à analyse quantitative : la
relation ∆tm =
γ∆ tp avec γ = 1/(1 – (v/c)2)1/2
entre durée mesurée et durée propre peut être aisément justifiée (horloge de
lumière, « expérience » de la lumière émise dans un bateau).
La
mesure du temps (dans une approche classique) s’applique également à l’étude de
la transformation de la matière, au travers notamment des facteurs qui
influencent le rythme et la durée des évolutions chimiques. La cinétique et la
catalyse s’inscrivent dans cette problématique, en se prêtant bien à des approches
expérimentales et à des illustrations dans les champs aussi bien naturels
qu’industriels.
Structure et transformation de la matière
Le
programme de la classe terminale consacre ce thème à l’évolution de la matière
au travers des réactions chimiques, en partant des représentations. Ceci pourra
être l’occasion de mentionner l’importance des conformations et configurations
dans le milieu biologique.
Une
première approche de la réactivité est présentée. L’objectif est d’introduire
les grandes classes de réactions en chimie organique et de faire percevoir
l’idée que l’interaction entre un site nucléophile et un site électrophile fonde
la plupart des réactions en chimie organique. Sans entrer dans le détail de
leur interprétation par un mécanisme réactionnel, cette approche doit permettre
de préparer la compréhension des fondements des réactions qui interviendront
lors de la poursuite d’études scientifiques.
Les
transformations étudiées s’inscrivent dans les deux grands ensembles de la
chimie organique et de la réaction chimique par échange de proton. Au-delà du
côté classique de ces exemples, il importera de contextualiser autant que
possible leur étude, avec une attention particulière portée aux milieux
biologiques, qui permettent aisément de construire des fils rouges.
On
notera que les démarches expérimentales portant sur le même objet initial
d’étude, comme les solutions par exemple, se prêtent bien aux analyses statistiques dans le cadre de la
formation des élèves aux méthodes d’analyse des résultats de mesure.
Énergie, matière et rayonnement
Ce
thème porte pour l’essentiel sur le rapport entre énergie et matière, avec un
éclairage particulier porté au rayonnement, comme porte d’entrée sur le
comportement quantique du réel.
L’étude
documentaire doit permettre de saisir le changement des ordres de grandeur lors
du passage du macroscopique au microscopique, notamment sur le plan du
dénombrement (constante d’Avogadro), ou de la taille des objets. Cette étude
doit aussi mettre en évidence l’aspect nécessairement statistique de notre connaissance
des systèmes formés d’un grand nombre d’entités microscopiques. Les résultats
des observations à très petite échelle fournissent des représentations au moyen
d’images (il faudra être prudent sur la signification du terme
« visualiser ») des atomes et des molécules, qui permettent de
remonter aux dimensions et à la structure de la matière à ce niveau
d’organisation.
L’étude
des transferts d’énergie entre systèmes macroscopiques traite de notions de base
de la thermodynamique (énergie interne, transferts thermiques, travail,
capacité thermique), première étape vers l’étude future de ses principes. L’occasion
doit être donnée de mettre en place certains éléments méthodologiques de la
thermodynamique : définition du système étudié, identification de la
nature et du sens des transferts d’énergie, analyse critique des résultats
obtenus et mise en perspective avec des dispositifs réels.
La
diversité des transferts thermiques permet d’évoquer l’irréversibilité des
phénomènes liée en particulier aux processus diffusifs, et d’aborder des
aspects de la vie courante tenant aux préoccupations énergétiques. Ainsi, les
bilans d’énergie peuvent être empruntés au domaine de l’habitat (problématique
du chauffage d’une habitation, géothermie, pompe à chaleur, climatiseur,
réfrigérateur,…), du transport (moteurs, effets thermiques liés au
frottement,…) ou bien encore celui de la production d’énergie, qui peut être
l’occasion pour le professeur de faire un lien avec la thématique sur les
enjeux énergétiques de la partie « Agir – défis du XXIème siècle ».
Au
niveau quantique, le laser s’avère être un objet et un outil d’étude privilégié
des transferts d’énergie. L’étude des émissions et de l’absorption quantiques
n’est menée qu’au niveau de leur principe, toute étude théorique plus
quantitative (coefficients d’Einstein) étant hors programme. La présentation
doit en effet avoir comme seule fin de comprendre le principe du pompage
optique et de l’amplification cohérente et directive d’un rayonnement
monochromatique incident, dans l’enceinte d’un oscillateur optique.
L’usage
du laser peut aisément faire partie des fils rouges du programme (onde
électromagnétique, spectroscopie, principe des transferts quantiques,
traitement de l’information,…).
La
dualité onde-corpuscule est une formulation qui s’applique aux manifestations
du photon, qui se comporte soit comme une onde, soit comme une particule, selon
le contexte expérimental considéré. Mais elle ne doit pas décrire la nature
intrinsèque du photon lui-même, qui n’est ni une onde, ni une particule, mais
l’archétype d’un objet quantique, appelé parfois « quanton » par les
scientifiques.
L’occasion
doit pouvoir être saisie d’une similitude des propriétés des ondes de matière
et des ondes électromagnétiques, comme dans le cas des électrons et des rayons
X. Une illustration naturelle et nécessaire en est celle du microscope
électronique où p = h/λ, soit λ = h/p, rapportée au phénomène de
diffraction, explique la nécessité d’explorer la matière par des particules ou
du rayonnement de longueur d’onde nettement plus petite que la taille des
objets observés.
L’observation
(vidéo) de la réalisation progressive de la figure d’interférences obtenue en
émettant le rayonnement photon par photon, ou la matière particule par
particule, souligne l’étrangeté éventuelle des phénomènes quantiques pour le
sens commun. Elle est une illustration parmi d’autres de l’aspect probabiliste
de la réalité quantique, comme peut l’être la désintégration radioactive (cas
des muons évoqués plus haut). L’incertitude associée aux phénomènes quantiques,
comme sur l’instant auquel se produit une désintégration, ne doit pas laisser
croire que toutes les mesures physiques à ce niveau sont incertaines. Ainsi
l’énergie des niveaux quantiques stables peut être connue avec une précision
exceptionnelle (de l’ordre de 10-13 par exemple pour le premier
niveau d’énergie de l’atome d’hydrogène !).
Si
l’occurrence des phénomènes quantiques individuels ne peut être connue avec
précision, la loi des grands nombres permet néanmoins de prévoir précisément le
comportement des grands ensembles, c’est à dire des systèmes macroscopiques. Il
faut bien voir alors que la limite de la précision dans leur connaissance
réside dans l’acte de mesure lui-même, alors qu’elle est intrinsèque au niveau
microscopique, en raison du caractère probabiliste de la réalité quantique.
Le professeur exerce sa liberté pédagogique
en traitant cette partie « Lois et modèles » du programme, dédiée à
la modélisation conceptuelle, dans l’ordre des thèmes de son choix.
Agir : Défis du XXIème siècle
L’histoire
des sociétés montre que la science a acquis « droit de Cité »
lorsqu’elle a donné aux faits techniques établis de façon empirique une base
conceptuelle universelle permettant de les comprendre, d’en formaliser la
théorie pour la réinvestir de façon efficiente.
Si l’on
excepte un changement radical des modes de vie, l’activité scientifique et ses
applications technologiques s’avèrent être des réponses crédibles aux défis
posés à l’Homme, en particulier ceux retenus pour la terminale S : économiser les ressources et respecter
l’environnement, synthétiser des molécules et fabriquer de nouveaux matériaux,
transmettre et stocker l’information, qui prolongent et étendent ceux de la
première S.
Les
défis du XXIème siècle concernent la planète et l’humanité tout entières. La
communication internationale traitant de cette globalité a lieu de plus en plus
fréquemment en anglais. Dès lors la lecture de documents comme ceux relatifs
aux protocoles expérimentaux (en synthèse organique par exemple) pourra offrir
quelques occasions de se familiariser avec l’usage scientifique de cette
langue, sans exclure une autre langue étrangère en fonction de l’origine de
l’information et du contexte linguistique de la classe.
Le
thème « Créer et innover » est un espace de liberté pour le
professeur, qui peut choisir un ou deux sujets d’étude en raison de l’intérêt
que ses élèves et lui-même y trouvent, des ressources locales, de l’actualité
scientifique, de l’opportunité de découvrir certains métiers de la recherche,
ou de la possibilité de participer à des actions de promotion de la culture
scientifique et technique. À ce titre, le professeur peut trouver des exemples
d’actions spécifiques en ce domaine dans celles du dispositif ministériel « Sciences
à l’École ».
Ainsi,
la partie : « Agir — Défis du XXIème siècle » conduit l’élève à
percevoir les tendances actuelles de la recherche et du progrès scientifique.
Sur
cette partie de programme la compétence exigible portera sur la rédaction d’une
synthèse de document qui permet en effet de mobiliser les capacités
d’analyse, d’esprit critique, de synthèse, et les méthodes de travail qu’elles
supposent, acquises tout au long de la formation.
Le programme est présenté en deux colonnes
intitulées :
-
NOTIONS
ET CONTENUS : il s’agit des concepts à étudier ;
-
COMPÉTENCES
EXIGIBLES : il s’agit de connaissances à mobiliser, de capacités à mettre
en œuvre et d’attitudes à acquérir et dont la maîtrise est exigée en fin
d’année scolaire. Lorsqu’elles sont écrites en italique, ces compétences sont
de nature expérimentale et leur acquisition est indissociable d’une pratique
pédagogique dans des conditions indispensables à une activité expérimentale de
chaque élève authentique et sûre, et qui intègre dès la classe de première des
compétences liées à la précision et aux incertitudes
des mesures (Annexe « Mesures et
incertitudes »).
Comme pour le programme de première S, la démarche
scientifique peut en être mise en œuvre dans chacune des trois grandes parties
du programme, voire dans chacun des thèmes constituant une de ces grandes
parties. Le professeur peut aussi bien avoir une lecture horizontale de son
choix de progression thématique (dans une même partie) que verticale (par
succession de thèmes appartenant à des parties différentes), en suivant un
« fil rouge ».
Ainsi,
l’étude des « briques » du vivant permet aisément d’associer
l’observation spectroscopique, les mécanismes de la transformation chimique
(Comprendre) et les stratégies de la synthèse (Agir). L’exemple des acides
aminés, briques des protéines et des enzymes, peut être avancé. On en trouve
d’ailleurs un certain nombre (alanine, glycine, acide aspartique,..) en des
endroits comme les météorites (Murchison) où ils sont en compagnie des
constituants de l’ARN et de l’ADN que sont les purines (adénine, guanine) et
les pyrimidines (uracile, thymine, cytosine). De telles illustrations de
l’universalité des phénomènes - qui doit être soulignée - sont laissées au
libre choix du professeur ; elles ne peuvent en conséquence faire partie
des connaissances exigibles de l’élève pour le baccalauréat.
D’autres
fils rouges possibles existent, plus larges, comme la thématique générale des
ondes (propriétés, sources, détection, traitement de l’information), la
spectroscopie comme méthode (principe, expérience, résultats, exploitations),
etc. La seule contrainte est qu’au bout du compte, l’ensemble des notions et
contenus explicités dans le programme soient traités dans la perspective de
l’acquisition par tous les élèves des compétences exigibles précisées, tout en
respectant l’esprit de la démarche scientifique. Celle-ci ne saurait en
effet être dénaturée par le biais d’une liberté pédagogique qui conduirait à
reconstituer une pratique dogmatique et académique de l’enseignement
scientifique, articulée avec un découpage traditionnel de la discipline.
La liberté de l’enseignant, traduction sur le
plan pédagogique de la liberté intellectuelle du chercheur, doit être
révélatrice pour les élèves de l’esprit de la démarche scientifique.
ANNEXE
Mesures et incertitudes
Informations
destinées au professeur
Le tableau suivant résume les notions et
compétences spécifiques relatives aux mesures et à leurs incertitudes que les
élèves doivent maîtriser à la fin de la formation du lycée. Elles pourront être
approfondies avec profit dans le cadre de la spécialité de physique-chimie de
la terminale S.
L’ensemble des activités expérimentales, en
italique dans la colonne de droite
des programmes de première et de terminale, doit progressivement fournir
l’occasion de leur mise en œuvre et de leur acquisition.
L’informatique peut jouer un rôle tout à fait
particulier en fournissant aux élèves les outils nécessaires à l’évaluation des
incertitudes sans qu’ils soient conduits à entrer dans le détail des outils
mathématiques utilisés. L’accent doit être mis sur la prise de conscience des
causes de limitation de la précision (sources d’erreurs) et de leurs
implications sur la qualité de la mesure.
Dans une perspective de compréhension des
bases de la métrologie, le professeur pourra mettre en regard la sémantique de
ces bases et les acceptions courantes. Pour ces dernières, le vrai est ce qui
est indubitable, l’incertain est ce dont on n’est pas sûr et l’erreur est ce
qu’on aurait pu ne pas faire.
Dans le langage de la métrologie, il est
question de valeur vraie, celle qu’on aurait obtenue avec une mesure parfaite
(de précision illimitée). Cette valeur est donc inconnue, elle est même
illusoire, en raison de la variabilité des phénomènes. On aura donc une valeur
mesurée, et le résultat final de la mesure sera cette valeur, éventuellement
issue d’une moyenne, assortie d’une incertitude (en fait un écart – type)
résultant d’erreurs. Ici, l’incertitude et l’erreur sont des concepts
scientifiques précis ; cette dichotomie peut entraîner des confusions
(comme la masse et le poids) que l’enseignant peut souligner.
Formation de l’élève
Notions et contenus |
Compétences expérimentales exigibles |
Erreurs et notions associées |
Identifier
les différentes sources d’erreur (de limites à la précision) lors d’une
mesure : variabilités du phénomène et de l’acte de mesure (facteurs liés à
l’opérateur, aux instruments,…). |
Incertitudes et notions associées |
Évaluer
et comparer les incertitudes associées à chaque source d’erreur. Évaluer
l’incertitude de répétabilité à l’aide d’une formule d’évaluation fournie. Évaluer
l’incertitude d’une mesure unique obtenue à l’aide d’un instrument de
mesure. Évaluer,
à l’aide d’une formule fournie, l’incertitude d’une mesure obtenue lors de la
réalisation d’un protocole dans lequel interviennent plusieurs sources
d’erreurs. |
Expression et acceptabilité du résultat |
Maîtriser
l’usage des chiffres significatifs et l’écriture scientifique. Associer
l’incertitude à cette écriture. Exprimer
le résultat d’une opération de mesure par une valeur issue éventuellement
d’une moyenne, et une incertitude de mesure associée à un niveau de
confiance. Évaluer
la précision relative. Déterminer
les mesures à conserver en fonction d’un critère donné. Commenter
le résultat d’une opération de mesure en le comparant à une valeur de
référence. Faire
des propositions pour améliorer la démarche. |
programme
DE
OBSERVER
Ondes et matière
Les ondes et les particules sont supports d’informations.
Comment les détecte-t-on ? Quelles sont les caractéristiques et les
propriétés des ondes ?
Comment réaliser et exploiter des spectres pour identifier des atomes et
des molécules ?
Ondes et particules
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Rayonnements dans l’Univers Absorption
de rayonnements par l’atmosphère terrestre. |
Extraire
et exploiter des informations sur l’absorption de rayonnements par
l’atmosphère terrestre et ses conséquences sur l’observation des sources de
rayonnements dans l’Univers. Connaître
des sources de rayonnement radio, infrarouge et ultraviolet. |
Les ondes dans la matière Houle,
ondes sismiques, ondes sonores. Magnitude
d’un séisme sur l’échelle de Richter. Niveau
d’intensité sonore. |
Extraire
et exploiter des informations sur les manifestations des ondes
mécaniques dans la matière. Connaître
et exploiter la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité
sonore. |
Détecteurs
d’ondes (mécaniques
et électromagnétiques) et de
particules (photons, particules élémentaires ou non). |
Extraire
et exploiter des informations sur : -
des sources d’ondes et de particules et leurs
utilisations ; -
un dispositif de détection. Pratiquer une démarche expérimentale
mettant en œuvre un capteur ou un dispositif de détection. |
Caractéristiques et
propriétés des ondes
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Caractéristiques des ondes Ondes
progressives. Grandeurs physiques associées. Retard. Ondes
progressives périodiques, ondes sinusoïdales. Ondes
sonores et ultrasonores. Analyse
spectrale. Hauteur et timbre. |
Définir
une onde progressive à une dimension. Connaître
et exploiter la relation entre retard, distance et vitesse de propagation
(célérité). Pratiquer une démarche expérimentale visant
à étudier qualitativement et quantitativement un phénomène de propagation
d’une onde. Définir,
pour une onde progressive sinusoïdale, la période, la fréquence et la
longueur d’onde. Connaître
et exploiter la relation entre la période ou la fréquence, la longueur d’onde
et la célérité. Pratiquer une démarche expérimentale pour
déterminer la période, la fréquence, la longueur d’onde et la célérité d’une
onde progressive sinusoïdale. Réaliser l’analyse spectrale d’un son
musical et l’exploiter pour en caractériser la hauteur et le timbre. |
Propriétés des ondes Diffraction. Influence
relative de la taille de l’ouverture ou de l’obstacle et de la longueur
d’onde sur le phénomène de diffraction. Cas
des ondes lumineuses monochromatiques, cas de la lumière blanche. Interférences. Cas
des ondes lumineuses monochromatiques, cas de la lumière blanche. Couleurs
interférentielles. Effet
Doppler. |
Savoir
que l’importance du phénomène de diffraction est liée au rapport de la
longueur d’onde aux dimensions de l’ouverture ou de l’obstacle. Connaître
et exploiter la relation q = l/a. Identifier
les situations physiques où il est pertinent de prendre en compte le
phénomène de diffraction. Pratiquer une démarche expérimentale visant à étudier ou utiliser le phénomène
de diffraction dans le cas des ondes lumineuses. Connaître
et exploiter les conditions d’interférences constructives et destructives
pour des ondes monochromatiques. Pratiquer une démarche expérimentale visant
à étudier quantitativement le phénomène d’interférence dans le cas des ondes
lumineuses. Mettre en œuvre une démarche expérimentale
pour mesurer une vitesse en utilisant l’effet Doppler. Exploiter
l’expression du décalage Doppler de la fréquence dans le cas des faibles
vitesses. Utiliser
des données spectrales et un logiciel de traitement d’images pour illustrer
l’utilisation de l’effet Doppler comme moyen d’investigation en astrophysique. |
Analyse spectrale
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Spectres UV-visible Lien entre couleur perçue
et longueur d’onde au maximum d’absorption de substances organiques ou
inorganiques. |
Mettre en œuvre un protocole expérimental pour caractériser une
espèce colorée. Exploiter des spectres
UV-visible. |
Spectres IR Identification de liaisons
à l’aide du nombre d’onde correspondant ; détermination de groupes
caractéristiques. Mise en évidence de la
liaison hydrogène. |
Exploiter un spectre IR
pour déterminer des groupes caractéristiques à l’aide de tables de données ou
de logiciels. Associer un groupe
caractéristique à une fonction dans le cas des alcool, aldéhyde, cétone,
acide carboxylique, ester, amine, amide. Connaître les règles de
nomenclature de ces composés ainsi que celles des alcanes et des alcènes. |
Spectres RMN du proton Identification de
molécules organiques à l’aide : -
du
déplacement chimique ; -
de
l’intégration ; -
de la
multiplicité du signal : règle des (n+1)-uplets. |
Relier un spectre RMN
simple à une molécule organique donnée, à l’aide de tables de données ou de
logiciels. Identifier les protons
équivalents. Relier la multiplicité du signal au nombre de voisins. Extraire et exploiter des
informations sur différents types de spectres et sur leurs utilisations. |
COMPRENDRE
Lois et modèles
Comment exploite-t-on des phénomènes périodiques
pour accéder à la mesure du temps ? En quoi le concept de temps joue-t-il
un rôle essentiel dans la relativité ? Quels paramètres influencent
l’évolution chimique ? Comment la structure des
molécules permet-elle d'interpréter leurs propriétés ? Comment les
réactions en chimie organique et celles par échange de proton participent-elles
de la transformation de la matière ? Comment s’effectuent les transferts
d’énergie à différentes échelles ? Comment se manifeste la réalité
quantique, notamment pour la lumière ?
Temps, mouvement et évolution
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Temps, cinématique et dynamique newtoniennes Description
du mouvement d’un point au cours du temps : vecteurs position, vitesse
et accélération. Référentiel
galiléen. Lois
de Newton : principe d’inertie, et principe
des actions réciproques. Conservation
de la quantité de mouvement d’un système isolé. Mouvement
d’un satellite. Révolution
de la Terre autour du Soleil. Lois
de Kepler. |
Extraire
et exploiter des informations relatives à la mesure du temps pour justifier
l’évolution de la définition de la seconde. Choisir
un référentiel d’étude. Définir
et reconnaître des mouvements (rectiligne uniforme, rectiligne uniformément
varié, circulaire uniforme, circulaire non uniforme) et donner dans chaque
cas les caractéristiques du vecteur accélération. Définir
la quantité de mouvement d’un point
matériel. Connaître
et exploiter les trois lois de Newton ; les mettre en œuvre pour étudier
des mouvements dans des champs de pesanteur et électrostatique uniformes. Mettre en œuvre une démarche expérimentale
pour étudier un mouvement. Mettre en œuvre une démarche expérimentale
pour interpréter un mode de propulsion par réaction à l’aide
d’un bilan qualitatif de quantité de mouvement. Démontrer
que, dans l’approximation des trajectoires circulaires, le mouvement d’un
satellite, d’une planète, est uniforme. Établir l’expression de sa vitesse et
de sa période. Connaître
les trois lois de Kepler ; exploiter la troisième dans le cas d’un
mouvement circulaire. |
Mesure du temps et oscillateur,
amortissement Travail
d’une force. Force
conservative ; énergie potentielle. Forces
non conservatives : exemple des frottements. Énergie
mécanique. Étude
énergétique des oscillations libres d’un système mécanique. Dissipation
d’énergie. Définition
du temps atomique. |
Pratiquer une démarche expérimentale pour
mettre en évidence : -
les différents paramètres influençant la
période d’un oscillateur mécanique ; -
son amortissement. Établir
et exploiter les expressions du travail d’une force constante (force de
pesanteur, force électrique dans le cas d’un champ uniforme). Établir
l’expression du travail d’une force de frottement d’intensité constante dans
le cas d’une trajectoire rectiligne. Analyser
les transferts énergétiques au cours d’un mouvement d’un point matériel. Pratiquer une démarche expérimentale pour
étudier l’évolution des énergies cinétique, potentielle et mécanique d’un
oscillateur. Extraire
et exploiter des informations sur l’influence des phénomènes dissipatifs sur
la problématique de la mesure du temps et la définition de la seconde. Extraire
et exploiter des informations pour justifier l’utilisation des horloges
atomiques dans la mesure du temps. |
Temps et relativité restreinte Invariance
de la vitesse de la lumière et caractère relatif du temps. Postulat
d’Einstein. Tests expérimentaux de l’invariance de la vitesse de la
lumière. Notion
d’événement. Temps propre. Dilatation
des durées. Preuves
expérimentales. |
Savoir
que la vitesse de la lumière dans le vide est la même dans tous les
référentiels galiléens. Définir
la notion de temps propre. Exploiter
la relation entre durée propre et durée mesurée. Extraire
et exploiter des informations relatives à une situation concrète où le
caractère relatif du temps est à prendre en compte. |
Temps et évolution chimique : cinétique et catalyse Réactions lentes,
rapides ; durée d'une réaction chimique. Facteurs cinétiques. Évolution d'une quantité de matière au cours du
temps. Temps de demi-réaction. Catalyse homogène,
hétérogène et enzymatique. |
Mettre en œuvre une démarche expérimentale
pour suivre dans le temps une synthèse organique par CCM et en estimer la
durée. Mettre en œuvre une démarche expérimentale
pour mettre en évidence quelques paramètres influençant l’évolution
temporelle d’une réaction chimique : concentration, température,
solvant. Déterminer
un temps de demi-réaction. Mettre en œuvre une
démarche expérimentale pour mettre en évidence le rôle d’un catalyseur. Extraire et exploiter des
informations sur la catalyse, notamment en milieu biologique et dans le
domaine industriel, pour en dégager l’intérêt. |
Structure et transformation de la matière
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Représentation spatiale des molécules Chiralité :
définition, approche historique. Représentation de Cram. Carbone asymétrique. Chiralité des acides a-aminés. Énantiomérie, mélange
racémique, diastéréoisomérie (Z/E,
deux atomes de carbone asymétriques). Conformation :
rotation autour d’une liaison simple ; conformation la plus stable. Formule topologique des
molécules organiques. Propriétés biologiques et
stéréoisomérie. |
Reconnaître des espèces
chirales à partir de leur représentation. Utiliser la représentation
de Cram. Identifier les atomes de
carbone asymétrique d’une molécule donnée. À partir d’un modèle
moléculaire ou d’une représentation reconnaître si des molécules sont
identiques, énantiomères ou diastéréoisomères. Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence des
propriétés différentes de diastéréoisomères. Visualiser, à partir d’un modèle moléculaire ou d’un logiciel de
simulation, les différentes conformations d'une molécule. Utiliser la représentation
topologique des molécules organiques. Extraire et exploiter des
informations sur : -
les
propriétés biologiques de stéréoisomères, -
les
conformations de molécules biologiques, pour
mettre en évidence l’importance de la stéréoisomérie dans la nature. |
Transformation en chimie organique Aspect
macroscopique : -
Modification
de chaîne, modification de groupe caractéristique. -
Grandes
catégories de réactions en chimie organique : substitution, addition,
élimination. Aspect
microscopique : -
Liaison
polarisée, site donneur et site accepteur de doublet d’électrons. -
Interaction
entre des sites donneurs et accepteurs de doublet d'électrons ;
représentation du mouvement d’un doublet d’électrons à l’aide d’une flèche
courbe lors d’une étape d’un mécanisme réactionnel. |
Reconnaître les groupes
caractéristiques dans les alcool,
aldéhyde, cétone, acide carboxylique, ester, amine, amide. Utiliser le nom
systématique d’une espèce chimique organique pour en déterminer les groupes
caractéristiques et la chaîne carbonée. Distinguer une
modification de chaîne d’une
modification de groupe caractéristique. Déterminer la catégorie
d’une réaction (substitution, addition, élimination) à partir de l’examen de
la nature des réactifs et des produits. Déterminer la polarisation
des liaisons en lien avec l’électronégativité (table fournie). Identifier un site
donneur, un site accepteur de doublet d'électrons. Pour une ou plusieurs
étapes d’un mécanisme réactionnel donné, relier par une flèche courbe les
sites donneur et accepteur en vue d’expliquer la formation ou la rupture de
liaisons. |
Réaction chimique par échange de proton Le pH : définition,
mesure. Théorie de Brönsted :
acides faibles, bases faibles ; notion d’équilibre ; couple
acide-base ; constante d’acidité Ka. Échelle des pKa
dans l’eau, produit ionique de l’eau ; domaines de prédominance (cas des
acides carboxyliques, des amines, des acides a-aminés). Réactions quasi-totales en
faveur des produits : -
acide
fort, base forte dans l’eau ; -
mélange
d’un acide fort et d’une base forte dans l’eau. Réaction entre un acide
fort et une base forte : aspect thermique de Contrôle du pH :
solution tampon ; rôle en milieu biologique. |
Mesurer le pH d'une solution aqueuse. Reconnaître un acide, une
base dans la théorie de Brönsted. Utiliser les symbolismes →,
← et dans l’écriture des réactions chimiques pour
rendre compte des situations observées. Identifier l’espèce
prédominante d’un couple acide-base connaissant le pH du milieu et le pKa
du couple. Mettre en œuvre une démarche expérimentale pour déterminer une
constante d’acidité. Calculer le pH d’une
solution aqueuse d’acide fort ou de base forte de concentration usuelle. Mettre en évidence l'influence des quantités de matière mises en jeu
sur l’élévation de température observée. Extraire et exploiter des
informations pour montrer l’importance du contrôle du pH dans un milieu
biologique. |
Énergie, matière et rayonnement
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Du macroscopique au microscopique Constante
d’Avogadro. |
Extraire
et exploiter des informations sur un dispositif expérimental permettant de
visualiser les atomes et les molécules. Évaluer
des ordres de grandeurs relatifs aux domaines microscopique et macroscopique.
|
Transferts d’énergie entre systèmes
macroscopiques Notions
de système et d’énergie interne. Interprétation microscopique. Capacité
thermique. Transferts
thermiques : conduction, convection, rayonnement. Flux
thermique. Résistance thermique. Notion
d’irréversibilité. Bilans
d’énergie. |
Savoir
que l’énergie interne d’un système macroscopique résulte de contributions
microscopiques. Connaître
et exploiter la relation entre la variation d’énergie interne et la variation
de température pour un corps dans un état condensé. Interpréter
les transferts thermiques dans la matière à l’échelle microscopique. Exploiter
la relation entre le flux thermique à travers une paroi plane et l’écart de
température entre ses deux faces. Établir
un bilan énergétique faisant intervenir transfert thermique et travail. |
Transferts quantiques d’énergie Émission
et absorption quantiques. Émission
stimulée et amplification d’une onde lumineuse. Oscillateur
optique : principe du laser. Transitions
d’énergie : électroniques, vibratoires. |
Connaître
le principe de l’émission stimulée et
les principales propriétés du laser (directivité, monochromaticité,
concentration spatiale et temporelle de l’énergie). Mettre
en œuvre un protocole expérimental utilisant un laser comme outil
d’investigation ou pour transmettre de l’information. Associer
un domaine spectral à la nature de la transition mise en jeu. |
Dualité onde-particule Photon
et onde lumineuse. Particule
matérielle et onde de matière ; relation de de Broglie. Interférences
photon par photon, particule de matière par particule de matière. |
Savoir
que la lumière présente des aspects ondulatoire et particulaire. Extraire
et exploiter des informations sur les ondes de matière et sur la dualité
onde-particule. Connaître
et utiliser la relation p = h/l. Identifier
des situations physiques où le caractère ondulatoire de la matière est
significatif. Extraire
et exploiter des informations sur les phénomènes quantiques pour mettre en
évidence leur aspect probabiliste. |
AGIR
Défis du XXIème
siècle
En quoi la science permet-elle de répondre aux défis rencontrés par
l’Homme dans sa volonté de développement tout en préservant la planète ?
Économiser les ressources et respecter l’environnement
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Enjeux énergétiques Nouvelles chaînes énergétiques. Économies d’énergie. |
Extraire et exploiter des
informations sur des réalisations ou des projets scientifiques répondant à
des problématiques énergétiques contemporaines. Faire un bilan énergétique dans les domaines de l’habitat ou du transport.
Argumenter sur des solutions permettant de réaliser des économies
d’énergie. |
Apport de la chimie au respect de l’environnement Chimie durable : -
économie
d’atomes ; -
limitation
des déchets ; -
agro
ressources ; -
chimie
douce ; -
choix des
solvants ; -
recyclage. Valorisation du dioxyde de
carbone. |
Extraire et exploiter des
informations en lien avec : -
la
chimie durable, -
la
valorisation du dioxyde de carbone pour comparer les
avantages et les inconvénients de procédés de synthèse du point de vue du
respect de l’environnement. |
Contrôle de la qualité par dosage Dosages par étalonnage : -
spectrophotométrie
; loi de Beer-Lambert ; -
conductimétrie ;
explication qualitative de la loi de Kohlrausch, par analogie avec la loi de
Beer-Lambert. Dosages par titrage direct. Réaction support de titrage ; caractère quantitatif. Équivalence dans un titrage ; repérage de l'équivalence pour un
titrage pH-métrique, conductimétrique et par utilisation d’un indicateur de
fin de réaction. |
Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la
concentration d’une espèce à l’aide de courbes d’étalonnage en utilisant la
spectrophotométrie et la conductimétrie, dans le domaine de la santé, de
l’environnement ou du contrôle de la qualité. Établir l’équation de la réaction support de
titrage à partir d’un protocole expérimental. Pratiquer une démarche
expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce chimique par
titrage par le suivi d’une grandeur physique et par la visualisation d’un
changement de couleur, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou du
contrôle de la qualité. Interpréter
qualitativement un changement de pente dans un titrage conductimétrique. |
Synthétiser des molécules, fabriquer de nouveaux matériaux
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Stratégie de la synthèse organique Protocole de synthèse
organique : -
identification
des réactifs, du solvant, du catalyseur, des produits ; -
détermination
des quantités des espèces mises en jeu, du réactif limitant ; -
choix des
paramètres expérimentaux : température, solvant, durée de la réaction,
pH ; -
choix du
montage, de la technique de purification, de l’analyse du produit ; -
calcul d’un
rendement ; -
aspects liés
à la sécurité ; |
Effectuer une analyse
critique de protocoles expérimentaux pour identifier les espèces mises en
jeu, leurs quantités et les paramètres expérimentaux. Justifier le choix des
techniques de synthèse et d’analyse utilisées. Comparer les avantages et
les inconvénients de deux protocoles. |
Sélectivité en chimie organique Composé
polyfonctionnel : réactif chimiosélectif, protection de fonctions. |
Extraire et exploiter des
informations : -
sur
l'utilisation de réactifs chimiosélectifs, -
sur la
protection d’une fonction dans le cas de la synthèse peptidique, pour
mettre en évidence le caractère sélectif ou non d’une réaction. Pratiquer une démarche expérimentale pour synthétiser une molécule
organique d’intérêt biologique à partir d’un protocole. Identifier des réactifs et des produits à l’aide de spectres et de
tables fournis. |
Transmettre et stocker de l’information
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Chaîne de transmission d’informations |
Identifier
les éléments d’une chaîne de transmission d’informations. Recueillir
et exploiter des informations concernant des éléments de chaînes de
transmission d’informations et leur évolution récente. |
Images numériques Caractéristiques
d’une image numérique : pixellisation, codage RVB et niveaux de gris. |
Associer
un tableau de nombres à une image numérique. Mettre en œuvre un protocole expérimental
utilisant un capteur (caméra ou appareil photo numériques par exemple) pour
étudier un phénomène optique. |
Signal analogique et signal numérique Conversion
d’un signal analogique en signal numérique. Échantillonnage ;
quantification ; numérisation. |
Reconnaître
des signaux de nature analogique et des signaux de nature numérique. Mettre en œuvre un protocole expérimental
utilisant un échantillonneur-bloqueur et/ou un convertisseur analogique
numérique (CAN) pour étudier l’influence des différents paramètres sur
la numérisation d’un signal (d’origine sonore par exemple). |
Procédés physiques de transmission Propagation
libre et propagation guidée. Transmission : -
par câble ; -
par fibre optique : notion de mode ; -
transmission hertzienne. Débit
binaire. Atténuations. |
Exploiter
des informations pour comparer les différents types de transmission. Caractériser
une transmission numérique par son débit binaire. Évaluer
l’affaiblissement d’un signal à l’aide du coefficient d’atténuation. Mettre en œuvre un dispositif de
transmission de données (câble, fibre optique). |
Stockage optique Écriture
et lecture des données sur un disque optique. Capacités de stockage. |
Expliquer
le principe de la lecture par une approche interférentielle. Relier
la capacité de stockage et son évolution au phénomène de diffraction. |
Créer et innover
Notions et contenus |
Compétences
exigibles |
Culture
scientifique et technique ; relation science-société. Métiers
de l’activité scientifique (partenariat avec une institution de recherche,
une entreprise, etc). |
Rédiger
une synthèse de documents pouvant porter sur : -
sur l’actualité scientifique et technologique ; -
sur des métiers ou des formations scientifiques et
techniques ; -
sur les interactions entre la science et la société. |
ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE
L’enseignement de spécialité de physique-chimie prépare l’élève à
une poursuite d’études scientifiques dans ce domaine en consolidant son choix
d’orientation. Il lui permet en effet d’affirmer sa maîtrise de la démarche
scientifique ainsi que celle des pratiques expérimentales et lui offre le moyen
de tester ses goûts et ses compétences.
En plaçant l’élève en situation de recherche et d’action, cet
enseignement lui permet de consolider les compétences associées à une démarche
scientifique. L’élève est ainsi amené à développer trois activités essentielles
chez un scientifique :
-
la pratique expérimentale
-
l’analyse et la synthèse de documents scientifiques
-
la résolution de problèmes scientifiques.
Pour cela le programme de spécialité fait appel à l’étude de trois
thèmes, un thème de chimie (l’eau), un thème de physique (son et
musique) et un thème (matériaux) qui conjugue des apports de chimie et de
physique.
Pour chacun des trois thèmes le professeur aborde tous les
domaines d’étude en développant son enseignement à partir de quelques mots clés
choisis parmi ceux de la colonne de droite du programme.
Ces mots clés sous-tendent des connaissances nouvelles complétant
l’enseignement spécifique. Nécessaires à la compréhension des sujets étudiés,
elles ne sont cependant pas exigibles au baccalauréat.
La pratique expérimentale doit être soutenue et diversifiée, et
favoriser l’initiative des élèves. Pour chaque thème, elle doit prendre en
compte leurs centres d’intérêt.
L’analyse et la synthèse de documents scientifiques prolongent les
compétences « extraire et exploiter » mises en œuvre dans
l’enseignement spécifique. Elles conduisent l’élève à présenter de façon
objective et critique, structurée et claire, les éléments qu’il aura extraits
et exploités des documents scientifiques mis à sa disposition.
Lors de la démarche de résolution de problèmes scientifiques,
l’élève analyse le problème posé pour en comprendre le sens, construit des
étapes de résolution et les met en œuvre. Il porte un regard critique sur le
résultat, notamment par l’évaluation d’un ordre de grandeur ou par des
considérations sur l’homogénéité. Il examine la pertinence des étapes de
résolution qu’il a élaborées et les modifie éventuellement en conséquence. Il
ne s’agit donc pas pour lui de suivre les étapes de résolution qui seraient
imposées par la rédaction d’un exercice, mais d’imaginer lui-même une ou
plusieurs pistes pour répondre à la question scientifique posée. C’est sur la
façon d’appréhender une question scientifique, sur le choix raisonné de la
méthode de résolution et sur les moyens de vérification qu’est centrée la
formation de l’élève lors de la démarche de résolution de problème.
Les situations rencontrées par l’élève en cours de formation ainsi
qu’au baccalauréat se limiteront aux domaines d’étude des trois thèmes de
l’enseignement de spécialité. Le professeur fera largement appel à des
situations comportant une dimension expérimentale.
THEME 1 : L'eau
Domaines
d’étude |
Mots-clés |
Eau et
environnement |
Mers,
océans ; climat ; traceurs chimiques. Érosion,
dissolution, concrétion. Surveillance
et lutte physico-chimique contre les pollutions ; pluies acides. |
Eau et
ressources |
Production
d’eau potable ; traitement des eaux Ressources minérales et organiques
dans les océans ; hydrates de gaz. |
Eau et
énergie |
Piles à combustible. Production de dihydrogène. |
THEME 2 : Son et musique
Domaines
d’étude |
Mots-clés |
Instruments de musique |
Instruments à cordes, à vent et
à percussion. Instruments électroniques. Acoustique musicale ;
gammes ; harmonies. Traitement du son. |
Émetteurs et récepteurs sonores |
Voix ; acoustique
physiologique. Microphone ; enceintes
acoustiques ; casque audio. Reconnaissance vocale. |
Son et architecture |
Auditorium ; salle sourde. Isolation phonique ;
acoustique active ; réverbération. |
THEME 3 : Matériaux
Domaines
d’étude |
Mots-clés |
Cycle
de vie |
Élaboration,
vieillissement, corrosion, protection, recyclage,
élimination. |
Structure
et propriétés |
Conducteurs, supraconducteurs,
cristaux liquides. Semi-conducteurs,
photovoltaïques. Membranes. Colles et adhésifs Tensioactifs, émulsions,
mousses. |
Nouveaux matériaux |
Nanotubes, nanoparticules. Matériaux nanostructurés. Matériaux composites Céramiques, verres. Matériaux
biocompatibles, textiles innovants. |
[1] La longueur des
précisions relatives à chacun des thèmes de cette partie n’est pas indicative de la durée à consacrer
à leur enseignement, mais vise à apporter des précisions supplémentaires sur
les notions les plus nouvelles de physique contemporaine (relativité, physique
quantique)