Synergie : 2e cycle du secondaire, 2e année. Manuel de référence Outils 9782765207955

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2e cycle du secondaire • 2e année

Manuel de référence

OUTILS

Démarches, stratégies et techniques au laboratoire et à l’atelier

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Ivan Couture Olivier Peyronnet

CHENELIÈRE ÉDUCATION

Science et technologie Science et technologie de l’environnement Applications technologiques et scientifiques Science et environnement

2e cycle du secondaire • 2e année

Manuel de référence

Ivan Couture Olivier Peyronnet

OUTILS

Démarches, stratégies et techniques au laboratoire et à l’atelier

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CHENELIÈRE ÉDUCATION

Science et technologie Science et technologie de l’environnement Applications technologiques et scientifiques Science et environnement

Synergie Science et technologie Science et technologie de l’environnement Applications technologiques et scientifiques Science et environnement 2e cycle du secondaire, 2e année Manuel de référence Outils Ivan Couture, Olivier Peyronnet © 2009 Les Éditions de la Chenelière inc.

Édition : Virginie Krysztofiak, Paul Ste-Marie, Isabel Rusin Coordination : François Moreault, Samuel Rosa Révision linguistique : Nicole Blanchette Correction d’épreuves : Renée Bédard Conception graphique et infographie : Dessine-moi un mouton Conception de la couverture : Dessine-moi un mouton Recherche iconographique : Marie-Chantal Laforge Impression : Imprimeries Transcontinental

CHENELIÈRE ÉDUCATION

7001, boul. Saint-Laurent Montréal (Québec) Canada H2S 3E3 Téléphone : 514 273-1066 Télécopieur : 450 461-3834 / 1 888 460-3834 [email protected]

TOUS DROITS RÉSERVÉS. Toute reproduction, en tout ou en partie, sous quelque forme et par quelque procédé que ce soit, est interdite sans l’autorisation écrite préalable de l’Éditeur. ISBN 978-2-7652-0795-5 Dépôt légal : 1er trimestre 2009 Bibliothèque et Archives nationales du Québec Bibliothèque et Archives Canada Imprimé au Canada 3 4 5 6 7 ITIB 14 13 12 11 10 Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Programme d’aide au développement de l’industrie de l’édition (PADIÉ) pour nos activités d’édition. Gouvernement du Québec – Programme de crédit d’impôt pour l’édition de livres – Gestion SODEC.

Remerciements Pour sa précieuse collaboration à la rédaction des outils 6, 8, 9, 11, 12 et 15, l’Éditeur tient à remercier Denis Fourt. Pour son précieux travail de consultation des outils 11, 12 et 15, l’Éditeur tient à remercier Denis Domingue. Pour sa précieuse expertise, sa collaboration et sa participation à la séance de photos pour les outils 8, 9, 11, 12 et 15, l’Éditeur tient à remercier Diane Grenier.

TABLE DES MATIÈRES

1

OUTIL

2

OUTIL

3

OUTIL

4

OUTIL

5

OUTIL

La sécurité au laboratoire et à l’atelier . . . . 2 1.1

Les symboles de danger . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2

Les symboles de sécurité utilisés dans Synergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3

Les règles de sécurité . . . . . . . . . . . . . . . . 6

6

OUTIL

Les démarches en science et technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.1

Les quatre étapes de la résolution de problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2

Le tableau synthèse des démarches . . . . 9

2.3

La démarche expérimentale . . . . . . . . . . 10

2.4

La démarche technologique d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5

La démarche technologique de conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

La recherche documentaire . . . . . . . . . . . . . 13 3.1

La recherche d’information . . . . . . . . . . . 13

3.2

L’évaluation des sites Internet . . . . . . . . 14

3.3

Le respect de la propriété intellectuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.4

Le rapport de recherche documentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Le rapport de laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . 16

7

OUTIL

5.1

Le tableau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Le diagramme à ligne brisée . . . . . . . . . 21

5.3

Le diagramme à bandes . . . . . . . . . . . . . 22

5.4

Le diagramme circulaire . . . . . . . . . . . . . 22

5.5

Le dessin scientifique . . . . . . . . . . . . . . . 23

Les mathématiques en science et technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.1

La transformation d’expressions algébriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

6.2

La notation scientifique . . . . . . . . . . . . . 25

L’utilisation du microscope . . . . . . . . . . . . . 26 7.1

Les parties du microscope et leurs fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

7.2

La préparation d’un échantillon . . . . . . . 27

7.3

La manipulation du microscope . . . . . . . 27

8

La collecte d’échantillons . . . . . . . . . . . . . . 29

9

La préparation des solutions . . . . . . . . . . . . 30

OUTIL

OUTIL

10

OUTIL

La présentation de résultats scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.2

9.1

La dissolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

9.2

La dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

9.3

La détermination de la concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Les unités de mesure en science et technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 10.1 Les préfixes courants du SI . . . . . . . . . . . 34 10.2 Les unités de mesure courantes . . . . . . . 34 Table des matières

III

11 OUTIL

12.6 Le taraudage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie . . . . . . . . . . . . . . 36

12.7 Le limage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 12.8 Le dénudage et les épissures . . . . . . . . . 59

11.1 La mesure du volume . . . . . . . . . . . . . . . 36

12.9 Le soudage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

11.2 La mesure de la masse . . . . . . . . . . . . . . 39

12.10 L’assemblage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

11.3 La détermination de la masse volumique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

12.11 La finition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 12.12 La mesure et le contrôle . . . . . . . . . . . . . 64

11.4 La mesure de la température . . . . . . . . . 41 11.5 La mesure du point de fusion et du point d’ébullition . . . . . . . . . . . . . . . . 41 11.6 La mesure de la solubilité . . . . . . . . . . . . 43 11.7 La mesure de la conductibilité électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 11.8 La mesure du pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Les schémas de principe et de construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 14.1 Le schéma de principe . . . . . . . . . . . . . . 67

11.10 La mesure de la pression . . . . . . . . . . . . 45

14.2 Le schéma de construction . . . . . . . . . . . 68

11.12 La mesure de l’intensité du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12

14

OUTIL

L’utilisation d’échelles en technologie . . . 66

11.9 La mesure de la force . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.11 La mesure de la tension du courant électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

OUTIL

13

OUTIL

15

OUTIL

Le dessin technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 15.1 Les dessins techniques en projection . . . 69 15.2 Les symboles normalisés en technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

L’utilisation des instruments technologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

15.3 L’utilisation de logiciels de dessin assisté par ordinateur (DAO) . . . . . . . . . 76

12.1 Le mesurage et le traçage . . . . . . . . . . . 49 12.2 Le sciage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 12.3 Le coupage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 12.4 Le perçage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 12.5 Le filetage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

IV

Table des matières

16

Les formules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

17

Le tableau périodique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

OUTIL

OUTIL

PRÉSENTATION

L’expérimentation au laboratoire ou à l’atelier est essentielle à la mise en pratique des concepts que vous avez appris en classe. Le but de cette expérimentation est de vérifier votre compréhension et votre maîtrise des concepts à l’étude. Au laboratoire, vous serez par exemple amenés à utiliser un microscope, à préparer diverses solutions et à mesurer le point de fusion ou d’ébullition d’une substance. De même, à l’atelier, vous utiliserez divers matériaux, instruments et outils vous permettant de concevoir et de fabriquer un objet technique. Le présent manuel de référence est destiné à vous aider dans ce type de tâche. Les outils présentés dans ce manuel vous permettront d’aborder ou encore d’approfondir des techniques ou des méthodes de travail utiles pour trouver des solutions à divers problèmes et, dans certains cas, pour faire des analyses technologiques. Ils vous aideront également à connaître et à maîtriser les fonctions du matériel, des instruments, des outils et des machines que l’on trouve dans l’atelier de technologie. De plus, ce manuel vous initiera au langage propre à la science et à la technologie, notamment aux symboles, aux diagrammes et aux schémas. Ce manuel de référence vous permettra en outre de comprendre qu’il est important de travailler avec le matériel approprié selon des techniques précises et en gardant toujours à l’esprit les règles de sécurité. Vous vous familiariserez avec ces règles et serez amenés à les mettre en application dans toutes vos activités.

Présentation

1

1

OUTIL

La sécurité au laboratoire et à l’atelier

OUTIL

Il est très important de porter attention à la sécurité au laboratoire et à l’atelier. Par conséquent, il faut bien connaître la signification des symboles qui indiquent un danger potentiel. Il faut aussi avoir pris connaissance des règles de sécurité et les respecter.

1.1 Les symboles de danger

Différents symboles de danger et de sécurité sont utilisés couramment au laboratoire et à l’atelier. La mention de l’un ou l’autre de ces symboles constitue toujours une mise en garde. Il faut donc prendre les précautions nécessaires pour manipuler les substances ou le matériel sur lequel apparaît un de ces symboles.

Les symboles de danger sur les produits ménagers À la maison, à l’école et au travail, de nombreux produits contiennent des substances dangereuses. Ces produits doivent être utilisés avec précaution. Les fabricants de ces produits mentionnent, à l’aide de symboles sur les contenants, le danger qu’ils présentent. Le tableau ci-dessous donne la signification des symboles qui se trouvent sur les produits ménagers. Tableau 1 La signification des symboles de danger sur les produits ménagers Symbole

Signification

Ce produit peut brûler la peau ou les yeux. S’il est avalé, il cause des blessures à la gorge et à l’estomac. Le nettoyant pour le four est un produit corrosif.

Produit corrosif Ce produit peut exploser si son contenant est chauffé ou perforé.

Produit explosif Ce produit ou les vapeurs qu’il dégage peuvent s’enflammer facilement, s’ils sont près d’une source de chaleur, de flammes ou d’étincelles.

Produit inflammable Ce produit a des effets toxiques et peut entraîner de sérieuses complications ; il peut causer la mort s’il est avalé, ou même, dans certains cas, s’il est respiré.

Poison

2

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

Les symboles de danger du SIMDUT Le Système d’information sur les matières dangereuses utilisées au travail (SIMDUT) constitue la norme canadienne en matière d’information et de communication sur les matières dangereuses. Les symboles de danger du SIMDUT permettent d’identifier les substances qui présentent un danger pour la santé. Ces substances sont, par exemple, des produits ménagers ou des solvants qu’on trouve à l’école et à la maison. Le tableau ci-dessous présente la signification des symboles du SIMDUT. Tableau 2 Les précautions à prendre en présence des symboles de danger du SIMDUT Précautions à prendre

Manipuler ce produit avec soin ; le tenir éloigné de la chaleur et des flammes.

OUTIL

Symbole

Gaz comprimé Tenir ce produit loin de la chaleur, des flammes et des étincelles. Matière inflammable et combustible Tenir ce produit loin de la chaleur, des flammes, des étincelles et de toute matière combustible. Matière comburante Éviter tout contact avec ce produit.

Matière ayant des effets toxiques immédiats et graves Éviter tout contact avec ce produit.

Matière ayant d’autres effets toxiques Éviter tout contact avec ce produit.

Matière infectieuse Éviter tout contact avec la peau et les yeux. Porter des lunettes de sécurité, des gants, un sarrau ou un tablier. Matière corrosive S’assurer d’être dans un endroit où il y a une bonne ventilation. Matière dangereusement réactive

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

3

1

Les symboles de danger du SGH En 2003, les pays membres de l’Organisation des Nations Unies (ONU) ont adopté le Système général harmonisé (SGH). Les symboles de danger du SGH remplacent progressivement ceux des différents systèmes nationaux, comme le SIMDUT. Le but de ce changement est d’accroître la sécurité des populations et de l’environnement. Le tableau suivant présente la signification des symboles de danger du SGH. Il indique aussi les précautions à prendre avec le produit sur lequel apparaît un de ces symboles.

OUTIL

Tableau 3 Les risques et les précautions à prendre en présence des symboles de danger du SGH

1

Symbole

4

Risques

Précautions à prendre

Matières et objets explosifs instables

Risque d’une explosion en masse, d’un effet de souffle, de projection ou d’incendie.

Manipuler le contenant avec précaution ; le tenir éloigné de la chaleur et des flammes ; ne pas le perforer.

Gaz, liquides ou solides inflammables

Risque d’incendie ou d’explosion.

Tenir le contenant et son contenu loin de la chaleur, des flammes et des étincelles.

Gaz, liquides ou solides comburants

Risque d’incendie, d’aggravation d’incendie ou d’explosion.

Tenir le contenant et son contenu loin de la chaleur, des flammes, des étincelles et de toute matière combustible, par exemple le bois, l’essence, les solvants.

Gaz sous pression

Risque d’explosion.

Manipuler le contenant avec précaution ; le tenir éloigné de la chaleur et des flammes ; ne pas le perforer.

Matière corrosive

Risque de brûlure, d’irritation de la peau ou des yeux, ou de lésions oculaires.

Éviter tout contact avec la peau et les yeux ; rincer abondamment à l’eau, si cela se produit. Porter des lunettes de sécurité, des gants, un sarrau ou un tablier pour manipuler ce produit.

Matière ayant une toxicité aiguë

Risque d’intoxication, si elle est avalée, si elle entre en contact avec la peau ou si elle est respirée.

Éviter tout contact avec ce produit. Laisser une personne compétente le manipuler pour vous.

Matière nocive

Risque d’allergie cutanée, d’irritation de la peau, des yeux et des voies respiratoires, de vertiges et de somnolence.

Éviter tout contact avec ce produit. Laisser une personne compétente le manipuler pour vous.

Matière présentant divers dangers

Risque de réactions allergiques, d’asthme ou de difficultés respiratoires si elle est respirée. Risque d’anomalies génétiques, de cancer, et de dommages aux organes. Risque de nuire à la fertilité ou au fœtus, et risque d’être nocive pour les bébés nourris au lait maternel.

Éviter tout contact avec ce produit. Laisser une personne compétente le manipuler pour vous.

Matière toxique pour le milieu aquatique

Risque d’entraîner des effets néfastes à long terme.

Éviter tout contact avec ce produit. Laisser une personne compétente le manipuler pour vous.

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

OUTIL

1.2 Les symboles de sécurité utilisés dans Synergie

Au laboratoire ou à l’atelier, il faut s’assurer de bien comprendre les symboles de sécurité. Le tableau suivant présente la signification des symboles de sécurité qui se trouvent dans la collection Synergie. Il indique aussi les précautions à prendre quand on voit ces symboles. Tableau 4 Les symboles de sécurité dans Synergie Symbole

Précautions à prendre

Porter des lunettes de sécurité.

Protection des cheveux

S’attacher les cheveux.

Protection de la peau

Porter des gants.

Protection des vêtements

Porter un sarrau ou un tablier.

Attention aux brûlures

Manipuler avec prudence les substances et les objets chauds.

Attention à la chaleur

Porter des mitaines isolantes.

Attention aux vapeurs nocives

Travailler sous la hotte ou dans un local bien aéré.

Attention aux objets tranchants ou pointus

Manipuler avec prudence les objets tranchants ou pointus.

OUTIL

Protection des yeux

Avant d’entreprendre le travail au laboratoire ou à l’atelier, il est important de repérer les symboles de sécurité qui apparaissent sur les documents remis en classe.

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

5

1

OUTIL

1.3 Les règles de sécurité

La sécurité suppose un comportement et une attitude responsables, ce qui signifie le respect de règles. Certaines règles de sécurité doivent être observées en tout temps. Par contre, d’autres règles s’appliquent plus particulièrement à certaines activités réalisées au laboratoire ou à l’atelier.

Les règles de sécurité générales

OUTIL

Les règles de sécurité énumérées ci-dessous sont valables dans toutes les situations, que ce soit au laboratoire ou à l’atelier.

1

1

Écouter attentivement les instructions données avant chaque activité. Suivre avec application ces instructions. N’improviser aucune manipulation.

2

Informer la personne responsable de tout problème de santé qui pourrait interférer avec l’activité à faire, par exemple une allergie ou une maladie.

3

Prévenir la personne responsable si vous portez des lentilles cornéennes, des prothèses auditives, ou si vous souffrez de daltonisme.

4

Repérer l’endroit le plus proche où se trouvent la trousse de premiers soins, l’extincteur, la couverture ininflammable, la douche de sécurité, le lave-yeux et l’alarme d’incendie. Apprendre à utiliser adéquatement chacun de ces objets.

5

Manipuler le matériel avec soin, agir avec calme et se concentrer sur son travail.

6

Se servir uniquement du matériel disponible au laboratoire ou à l’atelier.

7

Porter des lunettes de sécurité. Porter un sarrau ou un tablier lorsqu’on utilise des produits salissants ou corrosifs.

8

Garder la surface de travail propre et en ordre.

9

Éviter de porter des bijoux, des vêtements pouvant gêner les mouvements et des souliers non lacés. S’attacher les cheveux.

10 Ne jamais boire ou manger pendant une activité au laboratoire ou à l’atelier. 11 Avertir immédiatement la personne responsable de tout incident, même s’il semble sans gravité. Cet incident peut être une blessure, le déversement d’un produit ou le bris de matériel.

Au laboratoire, il faut s’attacher les cheveux et porter des lunettes de sécurité, des gants et un sarrau.

6

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

Les règles de sécurité au laboratoire Au laboratoire, en plus des règles de sécurité générales, il faut suivre les règles de sécurité énumérées ci-dessous. Suivre les recommandations concernant l’utilisation des produits dangereux.

2

Avant de commencer une expérimentation, s’assurer de bien connaître la marche à suivre et de comprendre tous ses aspects, tels que les manipulations à effectuer, la disposition des déchets ou les symboles de sécurité (voir le tableau 4, page 5).

3

Obtenir l’approbation de la personne responsable avant de commencer les manipulations dont vous avez vous-même élaboré le protocole. Obtenir également son approbation si vous avez modifié une partie d’un protocole déjà approuvé.

4

Ne jamais laisser sans surveillance une expérimentation en cours.

5

Ne pas toucher ni goûter à une substance. Ne respirer aucune substance directement. Utiliser la technique présentée sur la photo ci-contre pour sentir une substance. Tenir le contenant légèrement éloigné de son nez et envoyer les vapeurs vers les narines avec la main.

6

Se laver les mains après une expérience.

OUTIL

1

La technique à utiliser pour sentir une substance en toute sécurité au laboratoire.

Les règles de sécurité à l’atelier À l’atelier, il faut suivre les règles de sécurité énumérées ci-dessous, ainsi que les règles de sécurité générales. 1

Utiliser uniquement les outils pour l’usage auquel ils sont destinés.

2

Avant d’utiliser un outil, s’assurer qu’il est en bon état. Signaler toute défectuosité ou anomalie à la personne responsable.

3

Ne jamais déranger une personne en train de travailler avec un outil ou un appareil.

4

Manipuler tous les outils et les matériaux avec prudence. Par exemple, il ne faut jamais placer sa main devant une lame ou se mettre des clous ou des vis dans la bouche.

5

Ne jamais toucher à un appareil électrique ou à une prise de courant avec les mains mouillées.

6

Ne laisser aucun fil électrique traîner par terre. Après l’utilisation d’un appareil électrique, débrancher le fil en tirant sur la fiche (et non sur le fil), puis le ranger.

7

Ne jamais toucher un fil électrique qui semble endommagé.

8

Ne jamais laisser un appareil fonctionner sans surveillance.

Outil 1 La sécurité au laboratoire et à l’atelier

7

1

2

OUTIL

Les démarches en science et technologie

OUTIL

Une démarche est un moyen efficace de trouver une solution à un problème. Elle comprend une marche à suivre logique qui implique des essais et des erreurs.

2.1 Les quatre étapes de la résolution de problèmes

Peu importe la ou les démarches choisies pour résoudre un problème, les étapes sont les mêmes. La figure 1 présente quatre étapes qui aident à chercher une solution à un problème en science et technologie. Il est toujours possible de revenir en arrière pour modifier l’hypothèse, le plan d’action ou le protocole. Dans ce cas, on reprend la démarche à partir de la modification. En effet, cette modification entraînera fort probablement des ajustements dans le reste de la démarche. Cerner le problème Il faut commencer par décrire le problème. Puis, on détermine le but que l’on veut atteindre en tenant compte du contexte. À l’aide de concepts scientifiques ou technologiques, on peut ensuite formuler l’hypothèse de travail. Élaborer un plan d’action Il faut explorer les démarches de résolution de problèmes pour déterminer laquelle sera la plus appropriée à la situation. Puis, il faut concevoir le plan d’action en respectant les contraintes et en utilisant les ressources disponibles. Il faut aussi planifier chaque étape du plan d’action. Concrétiser le plan d’action Il faut suivre les étapes du plan d’action. Il faut noter les informations qui pourront être utiles à la résolution du problème. Analyser les résultats Il faut mettre en relation les informations et les concepts scientifiques ou technologiques. On peut alors tirer des conclusions, donner des explications ou indiquer une solution. Figure 1 Les quatre étapes de la résolution de problèmes.

Attention! À n’importe quelle étape, il est possible de revenir à une étape antérieure pour apporter des modifications. Il faut alors reprendre la démarche à partir de cette étape. Le plus important est de conserver des traces de toutes les modifications.

8

Outil 2 Les démarches en science et technologie

OUTIL

2.2 Le tableau synthèse des démarches

Pour résoudre des problèmes en science et technologie, il est possible d’exploiter une démarche générale de résolution de problèmes ou encore des démarches spécifiques selon la nature des problèmes scientifiques ou technologiques à résoudre. Le choix d’une démarche spécifique en science et technologie dépend du problème auquel on cherche une solution. Il est possible de combiner deux ou plusieurs démarches pour parvenir à un résultat. Le tableau suivant présente neuf démarches qui sont exploitées au 2e cycle du secondaire. Tableau 5 Les démarches en science et technologie

La démarche d’observation Cette démarche consiste à observer un phénomène en tenant compte de divers critères. Cette observation permet d’apprendre de nouveaux faits qui entraînent une compréhension différente du phénomène. ST

STE

ATS

SE

OUTIL

Démarche

ST STE ATS SE La démarche empirique Cette démarche est une recherche de terrain qui permet d’explorer ou d’avoir une nouvelle représentation des éléments d’un problème. Elle s’élabore généralement à partir d’une intuition. Elle permet de trouver entre autres des hypothèses ou des pistes de recherche. Le sondage est un exemple de démarche empirique. ST STE SE La démarche de construction d’opinion Cette démarche s’appuie sur l’interprétation d’informations se rapportant à un problème donné. Cette interprétation doit tenir compte de divers facteurs qui ont pu influencer les informations, tels que des préjugés, des croyances et des valeurs. Cette démarche nécessite d’analyser de l’information provenant de plusieurs sources. ST STE ATS SE La démarche de modélisation Cette démarche permet de représenter concrètement un élément difficile à concevoir. Cette représentation peut prendre diverses formes, par exemple un texte, une illustration ou une maquette. Elle doit tenir compte des caractéristiques de l’élément à concevoir. Elle doit aussi permettre une meilleure compréhension ou fournir une explication.

La démarche expérimentale Cette démarche sert à chercher une réponse à un problème à l’aide d’une expérimentation. À la fin de l’expérimentation, l’analyse permet de soulever de nouveaux questionnements, de formuler de nouvelles hypothèses (voir l’outil 2.3, page 10). ST

STE

ATS

SE

ST STE ATS La démarche technologique d’analyse Cette démarche consiste à analyser les différentes parties d’un objet technique ou d’un système technologique. Cette analyse permet de connaître la fonction de l’objet ou du système, son fonctionnement et la façon dont il est construit (voir l’outil 2.4, page 11). ST STE ATS La démarche technologique de conception Cette démarche sert à concevoir et fabriquer un prototype. Ce prototype répond à un besoin. Il doit respecter les consignes du cahier des charges. Une fois le prototype terminé, on doit faire des essais et le modifier, si nécessaire (voir l’outil 2.5, page 12). ATS La démarche technologique de design Cette démarche consiste à créer un objet esthétique en tenant compte de son aspect fonctionnel ainsi que des contraintes de son utilisation et de sa production.

La démarche technologique de production Cette démarche consiste à organiser le processus de production d’un prototype, à choisir les matériaux et à concevoir la gamme de fabrication et la gamme d’assemblage. ATS

Outil 2 Les démarches en science et technologie

9

2

OUTIL

2.3 La démarche expérimentale

Le tableau ci-dessous présente les quatre étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche expérimentale. Tableau 6 Les quatre étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche expérimentale Étape

Exemple : Détermination du point de fusion de l’eau

OUTIL

Cerner le problème

2

a) Décrire le problème à résoudre.

a) La glace commence à fondre à partir d’une certaine température. Je dois trouver précisément quelle est cette température.

b) Dégager le but à atteindre.

b) Déterminer le point de fusion de l’eau.

c) Utiliser les concepts scientifiques (formules, c) Chaque substance pure possède son propre point de fusion. théorie) pertinents à la résolution du problème, si nécessaire. d) Formuler une hypothèse.

d) Je pense que le point de fusion de l’eau est de 1 °C.

Élaborer un plan d’action a) Préciser les variables à observer et à mesurer.

a) Variables : état de l’eau selon la température et température de l’eau (en fonction du temps).

b) Dresser la liste du matériel nécessaire et illustrer le montage, au besoin.

b) Matériel : 250 mL de glace concassée, un bécher de 500 mL, un thermomètre, un chronomètre, etc.

c) Élaborer les étapes du protocole.

c) Protocole 1. Déposer la glace dans le bécher. 2. Mettre le thermomètre dans le bécher. […]

Concrétiser le plan d’action a) Réaliser l’expérimentation de façon sécuritaire.

a) Je réalise l’expérimentation en suivant les règles de sécurité.

b) Recueillir les données et noter les observations pouvant être utiles.

b) Je note la température toutes les 30 secondes ainsi que le moment où la glace commence à fondre.

c) Traiter les données (faire les diagrammes, les calculs, etc.) à partir des données ou des observations recueillies.

c) J’inscris ces données dans un tableau. Je fais un diagramme à ligne brisée représentant la température de l’eau en fonction du temps. J’indique, à l’aide d’un système de couleur, l’état de l’eau à chacune des températures.

Analyser les résultats

10

a) Analyser les données et les observations recueillies.

a) J’observe que la glace a commencé à fondre à 0 °C et que cette température reste stable jusqu’à ce que toute la glace soit complètement fondue.

b) Tirer des conclusions confirmant ou non l’hypothèse de départ.

b) Je conclus que le point de fusion de l’eau est de 0 °C. Cette conclusion ne correspond pas à mon hypothèse de départ.

c) Formuler des explications, au besoin, et proposer de nouvelles hypothèses ou des améliorations à l’expérimentation.

c) La période pendant laquelle la température reste stable se nomme un plateau. On pourrait reprendre l’expérimentation pour voir si on observe un plateau lorsque l’eau se transforme en vapeur.

Outil 2 Les démarches en science et technologie

OUTIL

2.4 La démarche technologique d’analyse

Le tableau ci-dessous présente les trois étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche technologique d’analyse. Tableau 7 Les trois étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche technologique d’analyse La fonction globale de l’objet ou du système technologique Déterminer la fonction globale de l’objet ou du système technologique : – À quel besoin répond-il ? – Comment parvient-il à le combler ? – Quelles sont ses conditions normales d’utilisation ? Le fonctionnement de l’objet ou du système technologique a) Examiner, manipuler et démonter l’objet ou le système technologique, si possible, pour connaître les principales composantes et ses sous-systèmes.

Exemple : Analyse d’une paire de ciseaux

Je détermine la fonction globale de la paire de ciseaux : – la paire de ciseaux sert à couper du papier et du carton ; – elle est constituée de deux lames tranchantes; – elle est conçue pour une utilisation domestique.

2

a) J’observe la paire de ciseaux et je note : – il y a deux poignées, deux lames, etc.

b) Décrire les principes de fonctionnement de l’objet ou du système technologique en s’appuyant sur les concepts, les lois et les modèles pertinents. Analyser entre autres : – les principales forces et les principaux mouvements en jeu ; – les mécanismes présents.

b) Le principe du levier combiné avec la force de cisaillement permet d’effectuer un mouvement de rotation et de couper facilement un carton épais en utilisant moins de force.

c) Représenter sous forme de schéma de principe les observations effectuées sur l’objet ou le système technologique.

c) Je consigne les observations sur un schéma de principe afin de représenter adéquatement le fonctionnement de la paire de ciseaux.

La construction de l’objet ou du système technologique a) Représenter sous forme de schéma de construction les observations effectuées sur l’objet ou le système technologique (dimensions, organes de liaison, types de guidage, matériaux utilisés).

OUTIL

Étape

a) Je consigne les observations sur un schéma de construction afin de représenter adéquatement la construction de la paire de ciseaux : – les poignées sont liées aux lames par une liaison directe, indémontable, etc. ; – les poignées et les lames sont guidées en rotation ; – les poignées et les lames sont en acier inoxydable, etc.

b) Justifier le choix des matériaux utilisés.

b) L’acier inoxydable empêche les lames de rouiller.

c) Proposer des améliorations possibles.

c) Les poignées en métal peuvent blesser la main. On pourrait les recouvrir de caoutchouc.

Outil 2 Les démarches en science et technologie

11

OUTIL

2.5 La démarche technologique de conception

Le tableau ci-dessous présente les quatre étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche technologique de conception. Tableau 8 Les quatre étapes de la résolution de problèmes appliquées à la démarche technologique de conception Étape

Exemple : Construction d’un prototype capable de mesurer une minute

OUTIL

Cerner le problème

2

a) Prendre conscience du besoin à combler.

a) Je dois construire un prototype capable de mesurer une minute.

b) Étudier les conditions et les contraintes à respecter qui sont contenues dans le cahier des charges.

b) L’objet technique devra être le plus précis possible et construit avec le matériel proposé.

Élaborer un plan d’action a) Rechercher des solutions possibles pour résoudre le problème et faire des croquis.

a) Je pense aux objets que je connais pour mesurer le temps et je fais des croquis de différents prototypes possibles.

b) Choisir la solution la plus adéquate.

b) Je décide de faire un prototype de sablier et je sélectionne le croquis correspondant.

c) Représenter l’objet sous différentes formes (schéma de principe et schéma de construction, projections orthogonales, etc.).

c) Je fais des schémas et je trace des projections de différentes vues du sablier pour en représenter la construction.

d) Choisir les matériaux pour la construction.

d) J’utiliserai des verres de plastique, du carton, du papier adhésif et du sable comme matériaux pour la construction du sablier.

e) Élaborer les étapes de fabrication du prototype, c’est-à-dire l’ordre des opérations à effectuer pour sa construction.

e) Je planifie l’ordre dans lequel je veux fabriquer les composantes du sablier.

Concrétiser le plan d’action a) Fabriquer le prototype de façon sécuritaire selon les étapes établies.

a) Je fabrique le sablier, étape par étape, en suivant les consignes de sécurité.

b) Mettre à l’essai le prototype.

b) Je fais l’essai du sablier et j’ajuste la quantité de sable utilisée afin que le sablier mesure une minute le plus précisément possible.

c) J’utilise le sablier pour mesurer différentes situations et je note c) Recueillir des données ou des observations pouvant les données et mes observations. être utiles à la validation (respect du cahier des charges) et à l’amélioration du prototype. Les présenter de façon structurée. Analyser les résultats a) Analyser les données et les observations notées durant la mise à l’essai pour valider que le prototype est conforme aux exigences du cahier des charges.

a) Le sablier est très précis et a été construit selon les exigences du cahier des charges et avec les matériaux proposés.

b) Proposer des améliorations ou de nouvelles solutions. b) Je pourrais modifier le sablier afin d’avoir la possibilité de mesurer des périodes de temps différentes.

12

Outil 2 Les démarches en science et technologie

3

OUTIL

La recherche documentaire La recherche documentaire permet d’obtenir de l’information sur des sujets variés. Cette information sert ensuite à résoudre un problème de nature scientifique ou technologique. Pour effectuer une recherche documentaire, on peut utiliser différents types de sources. Par exemple, on peut consulter une encyclopédie, un dictionnaire, un site Internet, une banque de données ou un document audiovisuel.

OUTIL

Pour obtenir de l’information, il faut avoir recours à des stratégies efficaces. Lorsqu’on cherche dans Internet ou dans une autre source, on doit choisir des mots clés pertinents. Quand on veut utiliser de l’information provenant d’un site Internet, il est important d’évaluer le fiabilité de ce site. Il faut aussi respecter le droit à la propriété intellectuelle quand on utilise de l’information.

3.1 La recherche d’information

Les conseils suivants permettent de faire une recherche documentaire efficace. 1

Prendre le temps de comprendre le but de la recherche. Par exemple, si le sujet de la recherche est « Le clonage », il faut commencer par définir ce procédé.

2

Délimiter le sujet en formulant une ou plusieurs questions de départ. Si on prend le même sujet qu’au numéro 1, il faut se demander : « Qu’est-ce que le clonage ? », « À quoi sert ce procédé ? », « Qui l’a découvert ? », « Comment cette personne a-t-elle fait cette découverte ? » La recherche doit permettre de répondre à ces questions.

3

Dresser un échéancier du travail de recherche. Cette étape permet d’être efficace tout en évitant de perdre du temps.

4

Choisir à la bibliothèque des documents sur le sujet de la recherche, par exemple des livres, des magazines, des cédéroms ou des documentaires.

5

Chercher de l’information dans Internet sur des sites considérés comme fiables (voir l’outil 3.2, page 14 ).

6

Parcourir la documentation qu’on a trouvée et choisir les extraits pertinents.

7

Préparer des fiches de lecture pour résumer l’information. Le plagiat est inacceptable. Il faut toujours résumer l’information dans ses propres mots.

8

Noter les références des documents sur les fiches de lecture afin de pouvoir les indiquer dans la bibliographie.

9

Relire les questions de départ et, s’il y a lieu, les modifier.

10 Si cela est nécessaire, consulter une ou des personnes expertes dans le domaine concerné par le sujet de la recherche.

À la bibliothèque, il faut choisir des ouvrages appropriés au sujet de la recherche.

Outil 3 La recherche documentaire

13

OUTIL

3.2 L’évaluation des sites Internet

OUTIL

Pour faire une recherche dans Internet, on utilise habituellement des mots clés. Voici quelques astuces pour faire des recherches dans Internet.

3

1

Il faut éviter d’utiliser un mot clé trop général, car on obtient un trop grand nombre de résultats. Par exemple, si on tape le mot clonage, on obtient plus de 1 740 000 sites qui traitent du sujet. Il faudra alors chercher dans tous ces sites l’information qui nous permettra de répondre aux questions qui délimitent notre sujet de recherche.

2

Combiner plusieurs mots clés permet de préciser la recherche. Par exemple, si on tape clonage végétal, on trouve environ 228 000 sites. L’information qui se trouve dans ces sites permet de répondre aux questions qui portent sur le clonage végétal.

3

La plupart des moteurs de recherche proposent une fonction Recherche avancée permettant de limiter davantage les résultats de la recherche. Par exemple, on ne veut pas d’information sur le clonage du soja, car ce n’est pas le sujet de la recherche. On peut alors utiliser la fonction Recherche avancée pour exclure le mot soja de la recherche.

Il faut toujours s’assurer de la fiabilité de l’information qu’on trouve, particulièrement quand elle provient d’Internet. Une bonne façon de valider cette information est de la trouver dans un ouvrage spécialisé ou dans une autre source considérée comme fiable. Les questions suivantes permettent d’évaluer la fiabilité d’un site Internet.

14

Outil 3 La recherche documentaire

1

La personne ou l’organisme qui a créé le site est-il clairement identifié ? On considère généralement que les pages Web personnelles sont moins fiables que les sites d’organismes reconnus.

2

L’adresse Internet est-elle courte et facilement identifiable ? En général, les adresses des organismes reconnus se terminent par « .org », « .gouv.qc.ca », « gc.ca » ou « .edu ». Ces adresses sont jugées fiables parce que les organismes reconnus valident habituellement l’information qu’ils diffusent.

3

Les dates de publication et de mise à jour du document sont-elles disponibles ? Il ne faut pas oublier que les progrès en science et technologie sont rapides. Il est donc important que les dates soient récentes si on veut transmettre une information pertinente.

4

Les références sont-elles citées ? Y a-t-il des liens vers d’autres sites qui abordent le même sujet ? La présence de liens vers d’autres sites ainsi que la mention de références sont des indices de fiabilité d’un site.

5

L’information semble-t-elle exacte et objective ? Au contraire, ressemble-t-elle plutôt à une opinion ? Dans un texte justificatif ou argumentatif, on utilise des marques de l’émetteur et du destinataire (pronoms personnels de la 1re et de la 2e personne) et un vocabulaire connoté (verbes exprimant l’opinion, etc.). Dans un texte descriptif ou explicatif, il n’y a pas de pronoms personnels de la 1re et de la 2e personne, et le vocabulaire est neutre.

6

Le contenu du site est-il rédigé dans un français standard ? Le texte contient-il de nombreuses fautes d’orthographe ou d’accords ? Un texte sans fautes montre le sérieux de la personne qui l’a rédigé ou du site qui l’a mis en ligne.

OUTIL

3.3 Le respect de la propriété intellectuelle

Toute information publiée, que ce soit dans un site Internet, dans des livres, des journaux ou des revues, est la propriété de la personne ou de l’entreprise qui l’a rédigée. Cette propriété est protégée par la loi et on l’appelle le « droit d’auteur ». Par conséquent, on ne peut pas utiliser une information qui est protégée par le droit d’auteur.

OUTIL

OUTIL

Il est important de lire attentivement toute mention relative au droit d’auteur. Généralement, ces mentions, telles que « Tous droits réservés », « Copyright » ou « © », se trouvent dans les premières pages d’un ouvrage. Elles signifient qu’on ne peut pas reproduire l’information sans avoir demandé auparavant une autorisation. Cependant, il est possible de citer l’information tirée d’un livre, d’un quotidien, d’un magazine ou d’un site Internet. Il faut alors mentionner la source.

3

3.4 Le rapport de recherche documentaire

Une bonne communication est essentielle. Il faut être capable de se faire comprendre, par exemple pour faire valoir son opinion, pour communiquer des résultats, pour échanger des idées ou pour indiquer une marche à suivre. La communication des résultats d’un travail se fait, en général, sous forme orale ou écrite, ou en combinant ces formes. Le rapport de recherche documentaire est un des moyens privilégiés pour communiquer de l’information portant sur un sujet d’intérêt en science et technologie. Pour faire un bon rapport de recherche documentaire, il faut tenir compte des points importants mentionnés ci-dessous. 1

Structurer le texte. Pour cela, il faut suivre un plan aussi détaillé que possible. Le plan doit toujours contenir une introduction, un développement et une conclusion.

2

Diviser le texte en paragraphes et organiser l’information à l’aide de sous-titres. On consacre habituellement un paragraphe à une idée.

3

Rédiger un brouillon. En effet, après la rédaction d’un premier jet, on peut souhaiter modifier le plan afin de mieux cerner le sujet.

4

Rédiger le texte dans ses propres mots. Le plagiat est interdit.

5

S’assurer de la qualité de la langue au moment de la transcription du texte au propre. Vérifier l’orthographe, la syntaxe et le choix du vocabulaire.

6

Préparer une page de titre, une table des matières et une bibliographie complète.

Tic Plusieurs types de logiciels permettent d’enrichir la présentation orale d’un rapport de Tic recherche documentaire à l’aide d’éléments visuels attrayants. Certains de ces logiciels servent à projeter des documents électroniques, d’autres à faire une mise en page dynamique, d’autres encore à monter des documents vidéo.

Outil 3 La recherche documentaire

15

4

OUTIL

Le rapport de laboratoire Le rapport de laboratoire présente un résumé de la démarche expérimentale. Il permet de rendre compte de chacune des étapes de cette démarche et d’en présenter les résultats. Un rapport de laboratoire doit toujours commencer par une page de titre. L’exemple suivant illustre les différentes parties d’un rapport de laboratoire.

Le but de l’expérimentation

Voir la page 496.

Déterminer l’effet de la couleur d’un revêtement sur la température de l’air.

L’hypothèse

Voir la page 497.

Je suppose que l’air sous un revêtement de couleur foncée deviendra chaud plus rapidement que l’air sous un revêtement de couleur pâle, s’ils sont exposés à la même source de chaleur pendant une période identique.

Le protocole expérimental

Voir la page 497.

Montage

Matériel et matériaux

Manipulations

• Un carton blanc de 30 cm sur 22 cm • Un carton noir de 30 cm sur 22 cm

1. Placer le carton blanc sous une lampe à 30 cm de l’ampoule. 2. Placer le carton noir sous l’autre lampe à 30 cm de l’ampoule.

• Deux thermomètres

3. Noter la température initiale des deux thermomètres.

• Deux lampes de table munies d’ampoules de 100 W

4. Glisser un thermomètre sous chaque carton. 5. Allumer les lampes. 6. Noter la température toutes les 5 minutes pendant 30 minutes en soulevant légèrement le carton.

Les résultats

Voir les pages 497 et 498.

TABLEAU 1 • La variation de température sous les deux cartons Temps (min)

Température sous le carton blanc (°C)

Diagramme 1 • La variation de température sous les deux cartons

35 34

Température sous le carton noir (°C)

33 32 31

0

22

22

5

23

25

10

24

27

15

25

29

20

26

31

25

26

32

30

27

33

Température (oC)

30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 0

5

10

15 Temps (min)

Température sous le carton blanc Température sous le carton noir

16

Outil 4 Le rapport de laboratoire

20

25

30

Le but de l’expérimentation Au début du rapport de laboratoire, on indique le but de l’expérimentation. Ce but est la réponse à une des questions qu’on se pose en observant un phénomène. Par exemple, on peut se demander : « Comment ce phénomène se produit-il ? » ou « Quelles sont les conditions nécessaires pour que ce phénomène se produise ? » On formule le but sous la forme d’une affirmation en utilisant des mots ou des expressions scientifiques. Cette affirmation doit commencer par un verbe d’action à l’infinitif, par exemple mesurer, déterminer.

OUTIL

Exemples de formulation pour le but de l’expérimentation : 1. Identifier, dans la liste suivante, les minéraux qui sont magnétiques. 2. Comparer la résistance à l’eau de deux matériaux : le bois et le béton.

L’hypothèse

4

L’hypothèse est une proposition qu’on vérifie à l’aide de l’expérimentation. Cette hypothèse doit être justifiée par des connaissances ou par des observations. Les résultats de l’expérimentation vont permettre de confirmer ou non l’hypothèse. L’hypothèse est un énoncé qui commence toujours par « Je suppose que… » ou « Je crois que… ». La formulation adoptée doit permettre, si possible, de reconnaître deux variables : la variable indépendante et la variable dépendante. Exemples de formulation pour l’hypothèse : Variable indépendante

Variable dépendante

1. Je pense que les minéraux magnétiques réagissent quand on approche un aimant.

Variable indépendante

Variable dépendante

2. Je présume que plus la température d’une quantité d’eau donnée augmente, plus la masse de sel dissoute est grande.

Le protocole expérimental Le protocole expérimental correspond au plan de l’expérimentation à effectuer. Il décrit avec précision son déroulement et explique de façon claire et concise chaque manipulation. Le protocole doit être facile à comprendre par une autre personne qui voudrait refaire la même expérimentation. Le protocole expérimental renferme habituellement les éléments suivants : • la liste du matériel et des matériaux ainsi que les quantités nécessaires ; • le schéma du montage, par exemple un plan, un dessin, une photo, un circuit ; • les manipulations nécessaires pour réaliser l’expérimentation (celles-ci doivent être numérotées et décrites à l’aide de phrases courtes).

Les résultats Les résultats de l’expérimentation constituent la partie essentielle du rapport de laboratoire. Les données, obtenues au cours de l’expérimentation, peuvent être présentées sous forme de tableau ou de diagramme (voir l’outil 5, La présentation de résultats scientifiques). Quelle que soit la forme choisie, il est important d’indiquer les unités de mesure utilisées dans l’expérimentation. Outil 4 Le rapport de laboratoire

17

Exemple de calcul pour la différence de température sous le carton blanc

OUTIL

Température initiale (Ti) = 22 °C Température finale (Tf) = 27 °C Différence de température = Tf – Ti = 27 °C – 22 °C = 5 °C

4

TABLEAU 2 • La différence de température sous les deux cartons après 30 minutes Thermomètre Température

Sous le carton blanc

Sous le carton noir

Initiale (°C)

22

22

Finale (°C)

27

33

Variation (°C)

+5

+ 11

L’analyse des résultats En observant le diagramme, je constate que l’air sous le carton noir a atteint une température plus élevée (33 °C ) que l’air sous le carton blanc (27 °C), après une exposition de 30 minutes à une source de chaleur identique. La température sous le carton noir a augmenté de 11 °C, tandis que celle sous le carton blanc a augmenté de 5 °C. L’augmentation de température est régulière sous les deux cartons. Cependant, la température augmente plus rapidement sous le carton noir. Après 20 minutes, on note un ralentissement de l’augmentation de la température sous les deux cartons. Les résultats obtenus s’accordent avec mon hypothèse de départ. Pour trouver la cause de ce phénomène, j’ai consulté des sources de référence. J’ai appris que la cause de ce phénomène est l’effet de corps noir. Les objets de couleur noire absorbent toute la lumière visible, tandis que les objets de couleur blanche font l’inverse : ils la réfléchissent. Plus un corps absorbe de lumière, plus il se réchauffe et plus sa température s’élève. Il est ensuite capable de transmettre cette chaleur à la matière qui l’entoure : dans mon expérience, l’air sous le carton. Les résultats peuvent manquer de précision. En effet, chaque fois que je soulevais le carton, il y avait une petite perte de chaleur, malgré mes précautions.

La conclusion Mon hypothèse de départ a été confirmée. L’air sous un revêtement de couleur foncée devient chaud plus rapidement que l’air sous un revêtement de couleur pâle. Ce phénomène porte le nom d’effet de corps noir. Le diagramme indique que la température a augmenté plus lentement après 20 minutes. Il aurait été intéressant de poursuivre l’expérience. On aurait pu savoir si l’air atteignait à un moment donné une température maximale. Pour obtenir des résultats plus précis, on pourrait utiliser de l’eau, car l’eau devient chaude moins rapidement que l’air. Il faudrait verser la même quantité d’eau à la même température dans deux récipients de même dimension. Puis, on pourrait effectuer les mêmes manipulations que celles effectuées pour l’air.

18

Outil 4 Le rapport de laboratoire

Les résultats (suite) Les observations qu’on a notées durant l’expérimentation doivent aussi être mentionnées dans cette partie du rapport. Cependant, il est important de donner un exemple de chaque type de calcul qu’on a effectué pour traiter les données. Il faut, pour chaque exemple de calcul, indiquer les données, l’équation, le calcul et la réponse.

Dans cette partie du rapport, on discute des résultats qu’on a obtenus et de ce qu’ils signifient. On doit aussi répondre, s’il y a lieu, aux questions posées par l’enseignante ou l’enseignant au début de la démarche expérimentale. Si l’on a obtenu des résultats qui s’éloignent beaucoup de ceux attendus, il faut indiquer les sources d’erreurs possibles. Par exemple, on peut se demander si les instruments de mesure étaient assez précis ou s’il y a eu des erreurs de manipulation ou de calculs.

OUTIL

L’analyse des résultats

4

La conclusion Dans la dernière partie du rapport, on doit dire si l’hypothèse est confirmée ou non. On fait la synthèse de ce qu’on a observé en effectuant l’expérimentation. Par exemple, on explique, à l’aide des résultats, la relation entre la variable indépendante et la variable dépendante. On discute aussi des améliorations qu’on pourrait éventuellement apporter à l’expérimentation. Finalement, on propose de nouvelles pistes pour d’autres expérimentations qui pourraient permettre de mieux comprendre le phénomène étudié. On peut aussi suggérer des expérimentations sur des phénomènes similaires à celui que l’on a observé.

À la suite de l’analyse de ses résultats, une élève discute avec son enseignant des améliorations à apporter à l’expérimentation, afin d’en proposer quelques-unes dans la conclusion de son rapport.

Outil 4 Le rapport de laboratoire

19

5

OUTIL

La présentation de résultats scientifiques

OUTIL

En science et technologie, les données sont souvent présentées sous forme de tableau, de diagramme ou de dessin scientifique. Cela permet de mieux les comprendre et de les interpréter plus facilement.

5.1 Le tableau

Un tableau sert à organiser des données (nombres ou mots) en colonnes et en rangées. Cette disposition facilite l’analyse de l’information. On utilise aussi un tableau pour consigner des données qu’on veut présenter plus tard sous forme de diagramme (voir les outils 5.2 à 5.4). Dans un tableau, on peut indiquer les unités de mesure entre parenthèses sous le titre de la colonne ; on évite ainsi de devoir les répéter sur chaque ligne. On peut consigner des données pour une variable indépendante et une seule variable dépendante (voir le tableau 9). Titre du tableau

Tableau 9 Les précipitations mensuelles moyennes à Montréal Mois

Précipitations (mm)

Janvier

87

Tic

Février

66

La fonction « Tableau » d’un logiciel de traitement de texte est un outil facile à utiliser pour faire des tableaux. On peut également utiliser un tableur.

Mars

91

Avril

81

Mai

91

Juin

96

Juillet

97

Août

100

Septembre

97

Octobre

91

Novembre

98

Décembre

93

Variable indépendante

Valeur de la variable indépendante

Variable dépendante Unité de mesure

Valeur de la variable dépendante

On peut également consigner des données pour plusieurs variables indépendantes et dépendantes dans des tableaux à double entrée (voir le tableau 10). Tableau 10 La différence de température observée entre deux cartons après 30 minutes

Variables indépendantes

20

Sous le carton blanc

Sous le carton noir

Température initiale (°C)

22

22

Température finale (°C)

27

33

Variation (°C)

+5

+ 11

Outil 5 La présentation de résultats scientifiques

Variables dépendantes

Calculs

OUTIL

5.2 Le diagramme à ligne brisée

Le diagramme à ligne brisée permet de représenter la relation entre la variable indépendante et la variable dépendante. Lorsqu’on fait un diagramme à ligne brisée, il faut commencer par tracer les axes. Ils doivent être assez longs pour qu’on puisse indiquer clairement toutes les valeurs des variables. Chaque valeur est représentée par un point. Un court segment de droite relie chaque point à un autre, ce qui forme une ligne brisée (voir la figure 2 construite à partir du tableau 9 de la page 20). Les précipitations mensuelles moyennes à Montréal

Titre

Variable dépendante

105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50

Point représentant une valeur Ligne brisée reliant chaque point

OUTIL

Unité de mesure

Précipitations (mm)

Axe des ordonnées

5

0 J

F

M

M

A

Variable indépendante

J

J

A

S

O

N

D

Axe des abscisses

Mois

Figure 2 Un exemple de diagramme à ligne brisée.

Attention!

Selon le contexte, on peut choisir de faire un diagramme à ligne brisée ou une courbe la mieux ajustée. Si la variation de la variable dépendante est irrégulière, comme dans l’exemple précédent, on fait un diagramme à ligne brisée. Par contre, si la variation de la variable dépendante est régulière, on trace une courbe la mieux ajustée (voir la figure 3). Cette courbe peut être une droite ou une courbe. Le temps de refroidissement de 250 mL d’eau chaude

Unité de mesure Variable dépendante

Température (oC)

Axe des ordonnées 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15

On n’obtient jamais de résultats parfaits lorsqu’on fait une expérimentation. C’est pourquoi une variation même imparfaite peut être représentée par une courbe la mieux ajustée.

Tic Titre

Un tableur permet de faire automatiquement les diagrammes à partir d’un tableau des données.

Point représentant une valeur Courbe la mieux ajustée dans le nuage de points Axe des abscisses

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

Temps (min)

Figure 3 Un exemple de courbe la mieux ajustée.

Unité de mesure Variable indépendante

Outil 5 La présentation de résultats scientifiques

21

OUTIL

5.3 Le diagramme à bandes

Le diagramme à bandes est utilisé pour représenter la relation entre une variable indépendante et une variable dépendante. Une des variables est représentée par des nombres et l’autre, par des mots. Le diagramme à bandes permet de comparer rapidement le nombre d’éléments appartenant aux différentes catégories d’un ensemble. On peut tracer les bandes horizontalement ou verticalement (voir la figure 4).

Axe des ordonnées

5

Titre

70 Bande indiquant la valeur de la variable

60 Nombre d’élèves

Variable dépendante

50 40 30 20 10 0 Banane

Barre de céréales

Variable indépendante

Tablette de Mélange chocolat de fruits et de noix

Orange

Pomme Axe des abscisses

Collation

Figure 4 Un exemple de diagramme à bandes verticales.

Tic Les fonctions d’un tableur permettent de générer rapidement différents types de diagrammes à partir des données d’un tableau.

OUTIL

OUTIL

Le type de collation choisie par les élèves

5.4 Le diagramme circulaire

Le diagramme circulaire permet de représenter les pourcentages des catégories d’un ensemble en fonction d’un critère donné. Chaque pourcentage correspond à un secteur du diagramme. Il doit être proportionnel à l’angle du secteur qui le représente (voir la figure 5).

Pour tracer les secteurs d’un diagramme circulaire, il faut calculer l’angle qui correspond au pourcentage d’une catégorie.

Les élèves de l’école faisant partie d’équipes sportives

Titre

Secteur du diagramme correspondant au pourcentage d’une catégorie

Angle  Pourcentage  360° Basketball (50 %)

Exemple de calcul de l’angle du secteur qui représente la catégorie Volleyball :

Volleyball (30 %)

30 Angle   360°  108° 100

Badmindton (10 %) Autres (10 %)

Le secteur qui représente la catégorie Volleyball a un angle de 108°. Figure 5 Un exemple de diagramme circulaire.

22

Outil 5 La présentation de résultats scientifiques

Légende

OUTIL

5.5 Le dessin scientifique

Le dessin scientifique sert à illustrer un objet, par exemple une observation microscopique. Lorsqu’on fait un dessin scientifique, on trace au crayon à mine seulement ce qu’on observe. On ne fait aucune esquisse préalable et on n’utilise aucune couleur. En effet, les couleurs des échantillons qu’on observe au microscope sont généralement le résultat d’une coloration artificielle. Il est par contre permis d’utiliser le crayon à mine pour faire des contrastes en mettant des zones plus pâles et plus foncées. On ne doit pas embellir le dessin.

OUTIL

On termine le dessin en reliant par un trait les principales structures observées à leur nom. Il faut également indiquer le nom de la structure dessinée et, s’il y a lieu, le grossissement utilisé avec le microscope (voir la figure 6).

5

Cytoplasme

a) Une cellule de la joue grossie 400X.

Noyau

Membrane cellulaire b) Le dessin scientifique d’une cellule de la joue observée au microscope (grossie 400X).

Figure 6 Le dessin scientifique permet de mettre en évidence les structures cellulaires observées au microscope.

Outil 5 La présentation de résultats scientifiques

23

6

OUTIL

Les mathématiques en science et technologie

OUTIL

Les mathématiques fournissent à la science et à la technologie des outils pour mieux représenter et mieux comprendre notre univers. Elles permettent également de résoudre des problèmes scientifiques et technologiques à l’aide d’expressions algébriques.

6.1 La transformation d’expressions algébriques

Beaucoup de phénomènes scientifiques sont décrits par des expressions algébriques. Ces expressions traduisent la relation entre les différentes variables physiques qui interviennent dans le phénomène. Une expression algébrique n’est pas toujours directement utilisable pour résoudre un problème précis. Par exemple, l’expression U  RI ne permet pas de déterminer immédiatement la résistance (R) quand la tension (U) et l’intensité (I) sont connues. Il faut d’abord transformer cette expression sous la forme R  U . I L’objectif de la transformation d’une expression algébrique est d’exprimer une variable du problème en fonction des autres, c’est-à-dire de l’isoler. Pour ce faire, il faut : • déterminer où, dans l’expression algébrique, apparaît la variable que l’on souhaite isoler ; • isoler progressivement cette variable en utilisant au besoin les opérations mathématiques inverses dans chaque membre de l’égalité. Exemple Isoler R dans l’expression U  RI

où

U  Tension électrique R  Résistance I  Intensité du courant

1. On détermine que la variable R est dans le membre droit de l’égalité. U  RI 2. On isole R en divisant les termes de chaque membre de l’égalité par I. U RI  I I 3. On exprime alors l’expression de façon conventionnelle en mettant la variable isolée dans le membre gauche de l’égalité. U R I

24

Outil 6 Les mathématiques en science et technologie

OUTIL

6.2 La notation scientifique

En science, il est fréquent de rencontrer des nombres dont l’ordre de grandeur est très petit ou très grand. Toutefois, ce genre de nombre est très difficile à utiliser lorsqu’on effectue des calculs. Pour simplifier l’utilisation de ces nombres, on utilise la notation scientifique. Les deux exemples suivants montrent comment écrire des nombres à l’aide de la notation scientifique.

Le nombre de particules contenues dans une mole de substance (le nombre d’Avogadro) est habituellement arrondi à 602 000 000 000 000 000 000 000. Pour le simplifier, on l’exprime sous la forme d’un nombre compris entre 1 et 10 qu’on multiplie par une puissance de 10. Pour ce faire, on déplace la virgule jusqu’au chiffre non nul le plus à gauche et on compte le nombre de déplacements effectués par la virgule. Ce nombre devient alors l’exposant de la base 10 (voir la figure 7).

OUTIL

Exemple A

6

6,02 000 000 000 000 000 000 000, 23 21

18

15

12

9

6

3

6,02  10

23

Figure 7 Pour exprimer un grand nombre à l’aide d’une puissance de dix, on déplace la virgule vers la gauche.

Exemple B Le nombre qui représente la masse d’une molécule d’eau est 0,000 000 000 000 000 000 000 029 9 g. Pour exprimer ce nombre à l’aide de la notation scientifique, c’est-à-dire sous la forme d’un nombre compris entre 1 et 10 qu’on multiplie par une puissance de 10, il suffit de déplacer la virgule vers la droite jusqu’à la droite du premier chiffre non nul rencontré et de compter le nombre de déplacements effectués par la virgule. Ce nombre devient alors l’exposant négatif de la base 10 (voir la figure 8).

0,000 000 000 000 000 000 000 02,9 9 3 2,99  10

6

9

12

15

18

21

23

23

Figure 8 Pour exprimer un petit nombre à l’aide d’une puissance de dix, on déplace la virgule vers la droite.

Outil 6 Les mathématiques en science et technologie

25

L’utilisation du microscope

A L’oculaire est une lentille à travers laquelle l’œil observe l’échantillon sur la lame. En général, l’oculaire grossit un objet 10 fois (10X). B Le corps est composé de l’oculaire et des objectifs. C La tourelle porte-objectifs, qui a la forme d’un disque, porte les objectifs. Une rotation permet de changer d’objectif. D Les objectifs sont des lentilles qui grossissent l’échantillon observé. En général, un microscope est muni de trois objectifs qui grossissent 4 fois (4X), 10 fois (10X) et 40 fois (40X).

Un microscope sert à grossir les objets qu’on ne peut pas voir à l’œil nu, par exemple des cellules. On l’utilise lorsque la loupe ou le binoculaire ne permettent pas une observation satisfaisante. OUTIL

7

OUTIL

7.1 Les parties du microscope et leurs fonctions

Pour utiliser un microscope, il est important de pouvoir identifier chacune de ses parties et de savoir à quoi elles servent. La figure 9 indique le nom de chaque partie d’un microscope. La fonction de chacune de ces parties est présentée dans l’encadré ci-contre.

E La platine est un plateau mobile sur lequel on dépose la lame de verre. L’ouverture au centre de la platine permet à la lumière de traverser la lame. F Les valets maintiennent la lame en place sur la platine. G Le condenseur concentre la lumière de la source lumineuse vers l’échantillon déposé sur la lame. Il comprend le diaphragme, qui permet de modifier la quantité de lumière nécessaire à l’observation. H La source lumineuse émet la lumière qui traverse l’échantillon et permet de l’observer. I Le pointeur est une flèche qui se trouve dans l’oculaire. Elle indique à un deuxième observateur un point précis dans le champ de vision. J La potence, qui relie le pied au corps, sert à transporter le microscope. K La vis macrométrique sert à faire une première mise au point plus ou moins précise de l’image.

A L’oculaire

B Le corps

C La tourelle porte-objectifs

D Les objectifs E La platine

K La vis macrométrique

F Les valets

H La source lumineuse

L La vis micrométrique

M Le pied

M Le pied qui supporte le microscope est posé sur la table. Figure 9 Les parties d’un microscope.

Outil 7 L’utilisation du microscope

J La potence

G Le condenseur

L La vis micrométrique permet de faire une seconde mise au point plus précise de l’image.

26

I Le pointeur

OUTIL

7.2 La préparation d’un échantillon

1

Poser sur une lame une mince couche de l’échantillon.

2

À l’aide d’une pipette, laisser tomber une goutte de colorant sur l’échantillon.

3

Placer à 45° le bord d’une lamelle sur la lame, de façon que cette lamelle touche au colorant (voir la figure 10).

4

Pour éviter la formation de bulles d’air, laisser tomber la lamelle sur la lame de façon qu’elle recouvre l’échantillon coloré.

5

Placer la lame sur la platine du microscope et observer l’échantillon.

OUTIL

Pour observer les contrastes d’un échantillon au microscope, par exemple le noyau d’une cellule, il est souvent nécessaire de colorer l’échantillon. Voici les étapes à suivre.

7

Lamelle

45°

Échantillon

Lame

Colorant

OUTIL

Figure 10 Il faut que le bord de la lamelle forme un angle de 45° avec la lame et qu’il touche au colorant.

7.3 La manipulation du microscope

Les consignes suivantes sont utiles au laboratoire lorsqu’on doit se servir d’un microscope.

Le transport et la préparation Il faut toujours transporter un microscope de façon sécuritaire. On doit aussi le préparer pour qu’il soit prêt à être utilisé. 1

Toujours transporter le microscope avec les deux mains de façon à le maintenir droit. Autrement, l’oculaire, qui n’est généralement pas fixé, risque de tomber. Tenir fermement la potence avec une main en soutenant le pied avec l’autre main (voir la figure 11).

2

Brancher le microscope à une prise de courant et allumer la source lumineuse.

3

Vérifier la propreté des lentilles en regardant dans l’oculaire. S’il y a lieu, nettoyer les lentilles et la source lumineuse avec du papier à lentilles.

4

À l’aide de la vis macrométrique, abaisser complètement la platine.

5

Placer la lame sur la platine et la fixer sous les valets. Toujours manipuler la lame par les bords pour qu’elle reste propre.

6

Vérifier l’ouverture du diaphragme et l’ajuster, s’il y a lieu.

Figure 11 Voici comment on doit transporter un microscope.

Outil 7 L’utilisation du microscope

27

Attention!

OUTIL

Pour calculer le grossissement d’un échantillon observé, on multiplie le grossissement de l’oculaire par celui de l’objectif utilisé. Par exemple, si l’oculaire grossit un objet 10 fois (10X) et que l’objectif utilisé le grossit 4 fois (4X), l’échantillon sera 40 fois plus gros au microscope qu’à l’œil nu.

La mise au point Il est important de faire la mise au point du microscope avant de l’utiliser.

7

1

À l’aide de la tourelle porte-objectifs, mettre en place le plus petit objectif (4X).

2

Remonter complètement la platine à l’aide de la vis macrométrique. Attention ! Il faut le faire lentement. Il ne doit pas y avoir de contact entre l’objectif et la lame.

3

En regardant dans l’oculaire, abaisser la platine jusqu’à ce que l’image soit la plus nette possible. Il se peut qu’elle reste légèrement brouillée.

4

Centrer l’objet observé. S’il y a lieu, utiliser les doigts pour y arriver.

5

À partir de cette étape, ne plus toucher à la vis macrométrique.

6

Tourner la vis micrométrique pour obtenir une image plus nette.

7

Pour augmenter le grossissement, tourner la tourelle porte-objectifs pour utiliser l’objectif suivant (10X). Faire ensuite la mise au point à l’aide de la vis micrométrique seulement.

8

Répéter l’étape précédente avec le dernier objectif (40X) si l’on veut obtenir un grossissement supérieur.

La mise au point du microscope est nécessaire à une observation de qualité.

Le rangement Une fois l’observation terminée, il faut ranger le microscope en suivant les étapes ci-dessous.

28

Outil 7 L’utilisation du microscope

1

Abaisser complètement la platine à l’aide de la vis macrométrique et replacer l’objectif au grossissement le plus faible (4X).

2

Retirer la lame.

3

Débrancher l’appareil en tirant sur la fiche, et non sur le fil.

4

Nettoyer le matériel (lentilles, objectifs, lame, etc.) et ranger le microscope.

8

OUTIL

La collecte d’échantillons La collecte d’échantillons est une activité nécessaire, entre autres, à la surveillance de la qualité de l’eau, à l’étude et à la protection de l’environnement, de même qu’au contrôle de certains procédés industriels. Cette procédure demande beaucoup d’attention et de rigueur, car on se basera sur les échantillons recueillis pour analyser en laboratoire le monde réel. Voici la marche à suivre pour collecter des échantillons. 1

Planifier la collecte. Par exemple, on peut se poser les questions suivantes : « À quoi serviront les échantillons recueillis ? », « En quoi constitueront les échantillons ? », « Où et quand la collecte aura-t-elle lieu ? », « Qui fera la collecte des échantillons ? »

2

Préparer à l’avance suffisamment de récipients adaptés (flacons, bouteilles, sacs hermétiques, etc.).

3

Éviter toute contamination des échantillons : porter au besoin des gants et un masque. Si un outil comme une pelle ou une pipette est nécessaire pour prélever des échantillons, préparer un outil pour chaque échantillon ou prévoir du matériel de nettoyage. En effet, il ne faut pas, par exemple, utiliser la même pelle pour collecter divers échantillons de sol, car cela pourrait fausser les résultats par contamination.

4

Attribuer à chaque échantillon un numéro d’identification unique.

5

Lors de la collecte, noter dans un cahier tous les renseignements relatifs à chaque échantillon, par exemple le lieu de prélèvement, la méthode employée, les conditions, etc.

6

Pour collecter un liquide, il faut remplir le récipient à ras bord afin de ne pas y incorporer de l’air. Pour recueillir un gaz, il est préférable d’employer la méthode par déplacement d’eau (voir la figure 12).

Enfin, pour éviter que certaines caractéristiques des échantillons récoltés se modifient sous l’effet de facteurs ambiants, il est important de toujours procéder rapidement à l’analyse des échantillons.

Figure 12 La collecte d’un gaz par déplacement d’eau. Le gaz produit par la réaction chimique va progressivement prendre la place de l’eau dans l’éprouvette ; lorsque celle-ci sera pleine, il faudra la boucher hermétiquement avant de la sortir de l’eau.

Outil 8 La collecte d’échantillons

29

9

OUTIL

La préparation des solutions

OUTIL

Au laboratoire, on a souvent besoin de solutions chimiques dont la concentration est déterminée en fonction des besoins d’une expérience ou d’une analyse particulière. On prépare ces solutions à partir d’un composé solide ou d’un concentré liquide.

9.1 La dissolution

La dissolution d’un soluté solide permet de préparer une solution de concentration déterminée. Voici la marche à suivre pour préparer une solution aqueuse. 1

Déterminer le volume de solution que l’on veut préparer et choisir une fiole jaugée de même volume.

2

Bien rincer la fiole jaugée avec de l’eau distillée.

3

Déterminer la masse de soluté nécessaire pour obtenir la concentration désirée en faisant le calcul approprié : • Si la concentration à obtenir est spécifiée en grammes par litre (g/L), il faut alors faire les calculs à l’aide de l’équation suivante (pour des exemples de calculs, voir les pages 68 et 69 du manuel) : C(solution) 

m (soluté) V(solution)

où

C(solution)  Concentration de la solution, exprimée en grammes par litre (g/L) m(soluté)  Masse du soluté, exprimée en grammes (g) V(solution)  Volume de la solution, exprimé en litres (L)

• Si la concentration à obtenir est spécifiée en moles par litre (mol/L), il faut alors faire les calculs à l’aide de l’équation suivante (pour des exemples de calculs, voir la page 70 du manuel) : C

n V

où

C  Concentration molaire, exprimée en moles par litre (mol/L) n  Nombre de moles de soluté V  Volume de la solution, exprimé en litres (L)

30

Outil 9 La préparation des solutions

4

Placer une nacelle de pesée vide sur une balance et tarer la balance, c’est-à-dire ajuster la balance pour que la masse de la nacelle de pesée ne soit plus prise en compte. Une balance tarée permet de soustraire la masse de la nacelle de pesée dès le début de l’expérimentation.

5

Mettre dans la nacelle de pesée la quantité requise de soluté sec en poudre.

6

Verser le soluté dans la fiole jaugée en utilisant un entonnoir.

7

Rincer la nacelle de pesée et l’entonnoir avec l’eau distillée d’un flacon laveur et verser l’eau de rinçage dans la fiole jaugée.

8

Remplir la fiole jaugée d’eau distillée environ jusqu’à la moitié.

9

Boucher la fiole jaugée puis l’agiter doucement avec des mouvements circulaires jusqu’à ce que le soluté soit complètement dissous (voir la figure 13).

10 Ajouter suffisamment d’eau distillée dans la fiole jaugée afin que le ménisque formé par le liquide atteigne le trait de jauge. 11 Boucher la fiole jaugée et l’agiter doucement pour homogénéiser le mélange.

9.2 La dilution

Figure 13 Agiter légèrement la solution accélère le mouvement des particules, ce qui favorise le processus de dissolution.

OUTIL

OUTIL

Si le protocole expérimental requiert un degré de précision moindre, on peut utiliser un erlenmeyer au lieu d’une fiole jaugée. Il faut alors mesurer le volume d’eau distillée à l’aide d’un cylindre gradué de volume approprié et, lors de l’étape 8, verser la moitié de l’eau distillée dans l’erlenmeyer. Puis, à l’étape 10, on ajoute le reste de l’eau distillée pour obtenir le volume total de solution.

9

La dilution consiste à préparer, à partir d’une solution initiale concentrée, une solution de plus faible concentration. Voici la marche à suivre pour diluer une solution aqueuse. 1

Déterminer le volume de solution que l’on veut préparer et choisir une fiole jaugée de même volume.

2

Bien rincer la fiole jaugée avec de l’eau distillée.

3

Déterminer le volume de solution initiale (V1) nécessaire pour obtenir la concentration voulue à l’aide de l’équation suivante (pour un exemple de calcul, voir la page 72 du manuel) : C1V1  C2V2

où

C1  Concentration de la solution initiale V1  Volume de la solution initiale

Figure 14 La solution

C2  Concentration de la solution finale

initiale est une solution concentrée.

V2  Volume souhaité de la solution finale

4

Prélever le volume de solution initiale (V1) en le mesurant précisément à l’aide d’un cylindre gradué, puis le verser dans la fiole jaugée (voir la figure 14).

5

Remplir la fiole jaugée d’eau distillée environ jusqu’à la moitié.

6

Boucher la fiole jaugée puis l’agiter doucement avec des mouvements circulaires pour homogénéiser le mélange (voir la figure 13).

7

Ajouter suffisamment d’eau distillée dans la fiole jaugée afin que le ménisque formé par le liquide atteigne le trait de jauge (voir la figure 15).

8

Boucher la fiole jaugée et l’agiter doucement pour homogénéiser le mélange.

Si le protocole expérimental requiert un degré de précision moindre, on peut utiliser un erlenmeyer au lieu d’une fiole jaugée. Il faut alors mesurer le volume d’eau distillée à l’aide d’un cylindre gradué de volume approprié et, lors de l’étape 5, verser la moitié de l’eau distillée dans l’erlenmeyer. Puis, à l’étape 7, on ajoute le reste de l’eau distillée pour obtenir le volume total de solution.

Figure 15 La solution finale est une solution diluée.

Outil 9 La préparation des solutions

31

OUTIL

9.3 La détermination de la concentration

OUTIL

Le titrage permet de déterminer la concentration d’une solution en la faisant réagir avec une autre solution dont on connaît déjà la concentration. La solution dont la concentration est connue porte le nom de « solution étalon ». Le titrage est fréquemment utilisé pour connaître la concentration d’une base en la faisant réagir avec un acide lors d’une neutralisation acidobasique, ou vice versa. Très souvent, cette technique requiert un indicateur pour permettre l’observation d’un changement de couleur de la solution basique, ce qui indique que la réaction de neutralisation est complète. Le but du titrage acidobasique est de déterminer le volume exact de solution étalon ayant permis de produire une réaction de neutralisation complète des ions présents dans la solution de concentration inconnue. À ce moment, toutes les moles d’ions OH présentes dans le volume initial de la solution basique de concentration inconnue sont neutralisées. Puisqu’on connaît le volume initial de la solution de concentration inconnue, on peut alors calculer cette concentration.

9

Pour un titrage réussi, il faut : • ajouter progressivement des quantités connues de la solution étalon ; • être en mesure de déterminer le moment où la réaction chimique est complète. La burette permet de verser progressivement une solution et de connaître le volume de solution versée. On détecte la plupart du temps que la réaction de neutralisation est complète grâce à un changement de couleur qui provient de l’ajout d’un indicateur. Voici les étapes à suivre pour connaître la concentration d’une base par titrage acidobasique.

Le remplissage de la burette 1

Effectuer le montage de la figure 16.

2

Remplir la burette à ras bord de solution étalon acide.

3

Ouvrir légèrement le robinet pour remplir la partie sous le robinet et ajuster le zéro. Au besoin, recueillir la solution acide avec un bécher, puis la jeter.

La préparation de la solution de base à titrer 4

À l’aide du cylindre gradué et du compte-gouttes, mesurer précisément un volume connu de la solution de base à titrer (VB) puis le verser dans un erlenmeyer propre.

5

Ajouter le nombre de gouttes d’indicateur requis à la solution de base à titrer (voir la figure 16).

Le déroulement du titrage 6

32

Outil 9 La préparation des solutions

Ouvrir le robinet de la burette et laisser couler lentement la solution étalon acide dans la solution de base à titrer en remuant doucement l’erlenmeyer pour bien mélanger (voir la figure 17).

7

Lorsque la solution contenue dans l’erlenmeyer change de couleur de façon persistante à l’endroit où le jet d’acide touche à la base à titrer, fermer légèrement le robinet pour diminuer le débit de l’acide qui coule de la burette et le verser goutte à goutte en agitant constamment.

8

Continuer de verser goutte à goutte en agitant jusqu’à ce que la coloration soit permanente dans toute la solution à titrer. À ce moment, fermer le robinet. La neutralisation est complète.

9

Sur la burette, relever le volume total de solution étalon acide versée dans le bécher (VA) et le noter dans un tableau.

11 Utiliser l’équation chimique de la réaction de neutralisation acidobasique effectuée pour déterminer, par stœchiométrie, le nombre de moles de base (NB ) ayant réagi et calculer la concentration de la base (CB) en utilisant la formule CB  NB , où VB est le volume initial VB de solution de base à titrer dans l’erlenmeyer.

Figure 16 Le montage à réaliser pour effectuer

Figure 17 Lorsque l’indicateur change de couleur

un titrage.

de façon permanente, il faut fermer le robinet.

OUTIL

10 Calculer le nombre de moles d’acide à l’aide de la formule suivante : NA  CA  VA.

9

Il est possible d’obtenir certaines concentrations approximativement par d’autres méthodes comme le papier pH (voir l’outil 11.8, page 44) pour l’ion H3O.

Outil 9 La préparation des solutions

33

10

OUTIL

Les unités de mesure en science et technologie

OUTIL

Cet outil présente les unités de mesure les plus couramment utilisées pour exprimer les grandeurs mesurées. Ces unités de mesure font partie du Système international d’unités (SI). Ce système est reconnu internationalement, car il facilite les échanges dans les domaines scientifiques, technologiques et pédagogiques.

10.1 Les préfixes courants du SI

En plus de définir les unités de mesure, le SI propose certains préfixes pour les multiples et sous-multiples des unités de mesure. Le préfixe du multiple et l’unité de mesure forment une nouvelle unité. Le symbole de cette nouvelle unité est composé de deux symboles : celui du multiple et celui de l’unité de mesure. Le tableau 11 présente les préfixes les plus courants du SI et des exemples. Tableau 11 Les préfixes les plus courants du SI Multiple

Préfixe

Symbole

Exemple

giga-

G

gigamètre (Gm)

106  1 000 000

méga-

M

mégamètre (Mm)

103  1 000

kilo-

k

kilomètre (km)

102  100

hecto-

h

hectomètre (hm)

101  10

déca-

da

décamètre (dam)

101  0,1

déci-

d

décimètre (dm)

102  0,01

centi-

c

centimètre (cm)

103  0,001

milli-

m

millimètre (mm)

106  0,000 001

micro-

μ

micromètre (μm)

109  0,000 000 001

nano-

n

nanomètre (nm)

OUTIL

109  1 000 000 000

10.2 Les unités de mesure courantes

Les unités de mesure les plus couramment utilisées en science et technologie sont présentées dans le tableau 12. Ce tableau indique chaque grandeur mesurée et son symbole, ainsi que le nom de l’unité de mesure appropriée et son symbole. Tableau 12 Les unités de mesure les plus utilisées en science et technologie* Nom et symbole de la grandeur mesurée

Nom et symbole de l’unité de mesure

(cm2)

Aire (A)

• centimètre carré • kilomètre carré (km2)

Capacité thermique massique (c)

• joule par gramme degré Celsius (J/g °C)

Champ électrique (intensité du) (E )

• newton par coulomb (N/C)

Champ gravitationnel (intensité du) (g)

• newton par kilogramme (N/kg)

Charge électrique (q)

• coulomb (C)

• mètre carré (m2)

* Certaines unités de mesure ne font pas partie du SI, même si elles sont couramment utilisées par les scientifiques.

34

Outil 10 Les unités de mesure en science et technologie

Tableau 12 Les unités de mesure les plus utilisées en science et technologie* (suite) Nom et symbole de l’unité de mesure

Concentration d’une solution (C )

• milligramme par litre (mg/L) • gramme par litre (g/L) • gramme par millilitre (g/mL) • gramme par 100 mL (g/100 mL) • mole par litre (mol/L) • partie par million (ppm) • pourcentage volume/volume (% V/V ) • pourcentage masse/masse (% m/m) • pourcentage masse/volume (% m/V )

Courant électrique (intensité du) (I )

• ampère (A)

Densité d’une population

• individu par kilomètre carré (individu/km2)*

Déplacement (d )

• mètre (m)

Distance (d ou r )

• mètre (m)

Empreinte écologique

• hectare par personne (ha/personne)* (1 ha  10 000 m2)

Énergie (E ) Énergie cinétique (Ek ) Énergie mécanique (Em ) Énergie potentielle (Ep )

• joule (J) • kilojoule (kJ) • kilowattheure (kWh) (1 kWh  3 600 000 J) • mégawattheure (MWh) (1 MWh  3 600 000 000 J)

Force (F ) Force électrique (FE)

• newton (N)

Hauteur (h )

• mètre (m)

Longueur (l )

• millimètre (mm) • mètre (m)

• centimètre (cm) • kilomètre (km)

Masse (m )

• gramme (g) • tonne (t)* (1 t  1 000 kg)

• kilogramme (kg) • mégatonne (Mt)*

Masse atomique

• unité de masse atomique (u) (1 u  1,66  10–24 g)

Masse molaire (M )

• gramme par mole (g/mol)

Masse volumique ()

• gramme par centimètre cube (g/cm3) • gramme par millilitre (g/mL)

Poids (w ou Fg )

• newton (N)

Pression (P )

• kilopascal (kPa) • newton par mètre carré (N/m2)

Puissance (P )

• joule par seconde (J/s) • watt (W) (1 W  1 J/s)

Quantité de chaleur (Q )

• joule (J)

Résistance (R )

• ohm ()

Solubilité d’une substance

• gramme par litre (g/L)

• gramme par 100 millilitres (g/100 mL)

Température (T )

• degré Celsius (°C)

• kelvin (K) (0 K  273 °C)

Temps (t )

• seconde (s) • heure (h) • année (a)

• minute (min) • jour (d)

Tension électrique (U )

• volt (V)

Travail (W)

• joule (J)

Vitesse (v )

• mètre par seconde (m/s) • kilomètre par seconde (km/s)

• kilomètre-heure (km/h)

Volume (V )

• centimètre cube (cm3) • mètre cube (m3)

• millilitre (mL) (1 mL  1 cm3) • litre (L) (1 L  1 dm3)

OUTIL

Nom et symbole de la grandeur mesurée

10

• pascal (Pa)

* Certaines unités de mesure ne font pas partie du SI, même si elles sont couramment utilisées par les scientifiques.

Outil 10 Les unités de mesure en science et technologie

35

11

OUTIL

L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

OUTIL

En science et technologie, il est nécessaire de connaître précisément les grandeurs physiques. La plupart de ces grandeurs peuvent être mesurées directement à l’aide d’instruments de mesure, par exemple le volume, la masse et la température. Toutefois, pour connaître certaines grandeurs physiques, comme la masse volumique, on doit faire des calculs. Dans ce cas, le résultat dépend de la rigueur avec laquelle on a mesuré la masse et le volume. Cet outil présente différentes méthodes permettant de mesurer les grandeurs physiques.

11.1 La mesure du volume

Le volume est l’espace qu’occupe un solide, un liquide ou un gaz. L’unité de mesure habituellement utilisée pour exprimer le volume des solides est le centimètre cube (cm3). L’unité de mesure habituellement utilisée pour exprimer le volume des liquides et des gaz est le millilitre (mL). La méthode utilisée pour mesurer le volume varie selon qu’il s’agit d’un liquide, d’un solide ou d’un gaz.

La mesure du volume d’un liquide Voici la marche à suivre pour mesurer le volume d’un liquide dans un cylindre gradué. 1

Lire attentivement l’échelle du cylindre utilisé.

2

Déposer le cylindre sur une surface horizontale et stable (une table, par exemple).

3

Verser le liquide dans le cylindre gradué.

4

Se placer de façon que ses yeux soient à la même hauteur que le haut de la colonne de liquide.

5

Noter la mesure au centre du ménisque. Le centre du ménisque est le point le plus bas sur la courbe que forme la colonne de liquide (voir la figure 18).

Le ménisque

Figure 18 Le centre du ménisque (la courbe formée par un liquide lorsqu’il rencontre la paroi d’un contenant) indique le volume du liquide, soit 15 mL.

36

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

La mesure du volume d’un solide de forme irrégulière Le déplacement d’eau permet de mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière. Cette méthode repose sur le principe d’Archimède : tout corps immergé déplace un volume d’eau égal à son propre volume. Pour mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau, on peut utiliser un cylindre gradué ou un vase à trop-plein. On emploie le cylindre gradué pour les solides de petites dimensions et le vase à trop-plein pour les solides de plus grandes dimensions.

Voici la marche à suivre pour mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau avec un cylindre gradué (voir la figure 19). 1

Remplir partiellement un cylindre gradué avec de l’eau. Il doit y avoir suffisamment d’eau pour que le solide soit complètement immergé.

2

Mesurer le volume initial (voir La mesure du volume d’un liquide, page 36).

3

Incliner le cylindre gradué et faire glisser délicatement le solide sur la paroi.

4

Mesurer de nouveau le volume dans le cylindre gradué. C’est le volume final.

5

Soustraire le volume initial du volume final. La différence entre les deux volumes équivaut au volume du solide (voir l’encadré ci-dessous).

OUTIL

Mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière avec un cylindre gradué

11

Comment calculer le volume d’un solide par déplacement d’eau Équation : Vsolide  Vf – Vi

a) Le volume initial: 30 mL.

où

Vsolide  Volume du solide Vf  Volume final Vi  Volume initial

b) L’ajout du solide en inclinant le cylindre.

c) Le volume final : 35 mL.

Figure 19 Dans le cylindre gradué, la différence entre les deux volumes indique le volume du solide: 35 mL – 30 mL = 5 mL ou 5 cm3 (1 mL  1 cm3).

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

37

Mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière avec un vase à trop-plein

OUTIL

Voici la marche à suivre pour mesurer le volume d’un solide par déplacement d’eau avec un vase à trop-plein (voir la figure 20).

11

1

Déposer le vase à trop-plein sur une surface plane et le remplir d’eau. Attention ! Le niveau d’eau ne doit pas atteindre le bec.

2

Placer un cylindre gradué sous le bec du vase à trop-plein.

3

Ajouter de l’eau dans le vase à trop-plein jusqu’à ce qu’une petite quantité s’écoule par le bec. Recueillir l’eau avec un bécher, puis la jeter.

4

Immerger délicatement, dans le vase à trop-plein, le solide dont on veut mesurer le volume. Le solide doit être totalement immergé. Les doigts ne doivent pas toucher l’eau.

5

Recueillir l’eau déplacée par le solide dans le cylindre gradué.

6

Mesurer le volume d’eau contenue dans le cylindre gradué. Le volume de l’eau déplacée correspond au volume du solide.

a) Avant l’ajout du solide, il faut placer le cylindre gradué sous le bec du vase à trop-plein.

b) L’eau déplacée par le solide est recueillie dans le cylindre gradué.

Figure 20 Le niveau d’eau dans le cylindre gradué indique le volume du solide.

La mesure du volume d’un gaz Un gaz n’a pas un volume défini comme un solide. Il remplit complètement l’espace où il se trouve. Mesurer le volume d’un gaz revient donc à mesurer le volume du contenant dans lequel il est placé. Au laboratoire, on utilise généralement une seringue à gaz, graduée en millilitres (mL). La seringue à gaz comprend un piston muni d’un joint d’étanchéité. La base de ce joint indique le volume du gaz (voir la figure 21).

Figure 21 La base du joint d’étanchéité indique le volume du gaz : 70 mL.

38

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

OUTIL

11.2 La mesure de la masse

La masse d’un objet est la quantité de matière qu’il contient. En général, l’unité de mesure pour la masse est le gramme (g). Au laboratoire, on utilise habituellement la balance à fléaux pour mesurer la masse. Avant d’utiliser ce type de balance, il est nécessaire de la calibrer.

Le calibrage de la balance

1

2

Déposer la balance sur une surface horizontale et s’assurer que le plateau est propre. Placer les curseurs des trois fléaux à 0. Les curseurs des centaines et des dizaines doivent être dans les encoches prévues à cette fin : un déclic indique qu’ils sont bien installés.

3

Vérifier que l’aiguille est alignée sur le 0 (voir la figure 22).

4

Si nécessaire, tourner la molette (pièce cylindrique striée qui sert à régler un mécanisme mobile) pour ajuster l’aiguille sur le 0.

Curseurs

Fléaux

Aiguille

Plateau Molette

OUTIL

Voici la marche à suivre pour calibrer la balance.

11

Socle

Figure 22 La balance à trois fléaux.

La mesure de la masse d’un solide Voici la marche à suivre pour mesurer la masse de l’objet. 1

Placer l’objet sur le plateau et l’aiguille se déplacera vers le haut.

2

Déplacer le curseur des centaines le plus à droite possible, sans que l’aiguille descende sous le 0. On doit entendre un déclic.

3

Déplacer le curseur des dizaines le plus à droite possible, sans que l’aiguille descende sous le 0. On doit entendre un déclic.

4

5

À l’aide d’un stylo, déplacer le curseur des unités le plus à droite possible. Il faut que l’aiguille soit alignée sur le 0.

Curseur des centaines

Curseur des dizaines

Curseur des unités

Figure 23 Le curseur des centaines indique 200 g, le curseur des dizaines indique 70 g et le curseur des unités indique 7,3 g. La masse totale est donc de 277,3 g (200 g + 70 g + 7,3 g = 277,3 g).

Additionner les valeurs indiquées sur chaque échelle et noter le résultat obtenu. Ce résultat est la masse de l’objet (voir la figure 23).

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

39

La mesure de la masse d’un liquide ou d’un gaz

11

1

Placer un contenant vide et propre sur le plateau de la balance et noter sa masse. (Dans le cas d’un gaz, le contenant doit être hermétique et on doit y avoir fait préalablement le vide d’air.)

2

Mettre dans le contenant le liquide ou le gaz dont on veut connaître la masse.

3

Peser le contenant plein et noter sa masse.

4

Soustraire la masse du contenant vide de la masse du contenant plein (voir l’encadré cidessous).

Comment calculer la masse d’une substance dans un contenant Équation : msubstance  mf – mi

où

Données : mf  22 g mi  10 g msubstance  ?

OUTIL

OUTIL

Voici la marche à suivre pour mesurer la masse d’une substance dans un contenant.

msubstance  Masse de la substance mf  Masse finale (celle du contenant plein) mi  Masse initiale (celle du contenant vide) Calcul : msubstance  mf – mi msubstance  22 g – 10 g msubstance  12 g

11.3 La détermination de la masse volumique

La masse volumique est la masse par unité de volume d’une substance. Le symbole de la masse volumique est . On obtient la masse volumique () d’une substance en divisant sa masse (m) par son volume (V ) (voir l’encadré ci-dessous). Voici la marche à suivre pour déterminer la masse volumique d’une substance. 1

Mesurer le volume de la substance.

2

Mesurer la masse de la substance.

3

Diviser la masse (m) par le volume (V ) pour obtenir la masse volumique ().

Comment calculer la masse volumique m Équation :   où   Masse volumique V m  Masse de l’échantillon de substance V  Volume de l’échantillon de substance Données : m  30,9 g V  1,6 cm3 ?

Calcul : m  V 30,9 g  1,6 cm3   19,31 g/cm3

40

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

La température dépend de l’énergie des particules d’un corps. On la mesure de façon indirecte à l’aide d’un thermomètre. En effet, un thermomètre à liquide ne mesure pas directement l’énergie des molécules dont un corps est constitué. Il mesure directement la dilatation du liquide qu’il contient. La dilatation est l’augmentation du volume d’un liquide sous l’effet de la chaleur qui émane d’un corps. Plus la température augmente, plus le liquide se dilate. Par conséquent, il s’élève dans le tube de verre du thermomètre. Au laboratoire, on mesure habituellement la température à l’aide d’un thermomètre à liquide (généralement de l’alcool). La plupart du temps, le thermomètre est gradué selon l’échelle des degrés Celsius (voir la figure 24).

Attention! Lorsqu’on utilise un thermomètre à liquide, il faut respecter quelques règles de sécurité. 1. Manipuler le thermomètre avec précaution. Comme il est en verre, il peut se casser facilement. 2. Tenir le thermomètre par le milieu et non par le réservoir. 3. Ne jamais se servir d’un thermomètre pour agiter une substance.

100 °C : point d’ébullition de l’eau

37,2 °C : température normale moyenne du corps humain

0 °C : point de congélation de l’eau

OUTIL

OUTIL

11.4 La mesure de la température

11

Le réservoir

OUTIL

Voici la marche à suivre pour utiliser un thermomètre de laboratoire.

Figure 24 Le thermomètre de laboratoire.

1

Lire attentivement l’échelle sur le thermomètre.

2

Immerger complètement le réservoir du thermomètre dans la substance dont il faut mesurer la température. Il est important que le réservoir ne touche ni le fond ni les parois du contenant.

3

Laisser le liquide monter ou descendre à l’intérieur du thermomètre.

4

Lorsque le liquide est stable, lire la température indiquée.

11.5 La mesure du point de fusion et du point d’ébullition

Le point de fusion et le point d’ébullition sont des propriétés caractéristiques d’une substance pure. Il s’agit des températures auxquelles une substance pure passe de l’état solide à l’état liquide, et de l’état liquide à l’état gazeux.

La mesure du point de fusion Voici la marche à suivre pour mesurer le point de fusion d’une substance pure. 1

Remplir un bécher de 600 mL d’environ 400 mL d’eau du robinet et le déposer sur une plaque chauffante.

2

Verser la substance solide dans une éprouvette jusqu’au tiers environ.

3

Placer l’éprouvette dans le bécher d’eau et la fixer au support universel à l’aide d’une pince universelle. Attention ! L’éprouvette ne doit pas toucher le fond du bécher. Il doit y avoir une distance de 1 à 2 cm entre la base de l’éprouvette et le fond du bécher.

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

41

4

Placer le thermomètre dans la substance et le fixer au support universel à l’aide d’une pince. Attention! Le thermomètre ne doit pas toucher le fond de l’éprouvette (voir la figure 25).

5

Allumer la plaque chauffante et faire chauffer doucement l’eau du bécher.

6

Dès que la substance solide commence à devenir liquide, noter la température.

7

Continuer de noter la température toutes les 30 secondes. Lorsque la température est constante, la substance a atteint son point de fusion.

Thermomètre

Pince à thermomètre

OUTIL

Éprouvette

11

Pince universelle

Bécher

Support universel

Substance solide

Plaque chauffante

Eau

Figure 25 Le montage pour déterminer le point de fusion d’une substance pure.

La mesure du point d’ébullition Voici la marche à suivre pour mesurer le point d’ébullition d’une substance pure. Thermomètre

Pince à thermomètre

Support universel Plaque chauffante

Bécher Substance liquide

Figure 26 Le montage pour déterminer le point d’ébullition d’une substance pure.

42

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

1

Remplir un bécher de 600 mL d’environ 400 mL de la substance pure liquide et déposer le bécher sur une plaque chauffante.

2

Placer le thermomètre dans la substance et le fixer au support universel à l’aide d’une pince. Attention ! Le réservoir du thermomètre doit être complètement immergé et ne doit pas toucher le fond du bécher (voir la figure 26).

3

Allumer la plaque chauffante et faire chauffer doucement la substance contenue dans le bécher.

4

Dès que des bulles se forment dans la substance liquide dans le bécher, noter la température.

5

Continuer de noter la température toutes les 30 secondes. Lorsque la température est constante, la substance a atteint son point d’ébullition.

OUTIL

11.6 La mesure de la solubilité

La solubilité est la propriété qui désigne la quantité maximale de soluté pouvant être dissoute dans un volume de solvant donné (généralement 100 mL), à une température donnée.

1

Peser un bécher de 400 mL et noter sa masse.

2

À l’aide d’un cylindre gradué de 10 mL et d’un compte-gouttes, mesurer précisément 10 mL d’eau distillée (le solvant).

3

Verser le solvant dans une éprouvette et noter sa température.

4

À l’aide d’une spatule, ajouter une petite quantité de soluté dans le solvant.

5

Boucher l’éprouvette et agiter en prenant soin de ne pas refermer la main sur l’éprouvette pour ne pas faire augmenter la température.

6

Au besoin, ajouter de petites quantités de soluté et agiter entre chaque ajout de façon à obtenir un résidu non dissous au fond de l’éprouvette (voir la figure 27). À ce moment, la solution est saturée.

7

Décanter la solution en la transvasant dans le bécher. S’assurer de conserver tout le résidu dans l’éprouvette (voir la figure 28).

8

Chauffer la solution saturée jusqu’à ce que tout le liquide se soit évaporé et que le solide forme une croûte sèche.

9

Peser le bécher contenant la croûte de soluté séché et déterminer la masse du soluté en effectuant le calcul suivant :

OUTIL

Voici la marche à suivre pour déterminer la solubilité d’un soluté solide dans l’eau.

11

Masse de soluté  Masse du bécher et du soluté séché  Masse du bécher 10 Exprimer la solubilité pour un volume de 100 mL de solvant en effectuant le calcul suivant : Masse du soluté dissous 10   Solubilité en g/100 mL* 10 mL 10

* À la température notée préalablement

Solution saturée

Résidu

Figure 27 La solution est saturée.

Figure 28 La décantation de la solution.

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

43

OUTIL

11.7 La mesure de la conductibilité électrique

La conductibilité est la propriété d’une substance de laisser passer le courant électrique. On met en évidence cette propriété avec un détecteur, qui est muni de deux électrodes.

1

Mettre les deux électrodes du détecteur en contact avec la substance à tester.

2

Si le témoin lumineux s’allume, cela indique que la substance est conductrice d’électricité (voir la figure 29).

11 a) L’eau salée conduit l’électricité.

b) L’eau sucrée ne conduit pas l’électricité.

Figure 29 La conductibilité d’une substance à l’état liquide.

OUTIL

OUTIL

Voici la marche à suivre pour tester la conductibilité électrique d’une substance.

11.8 La mesure du pH

Le pH d’une solution peut être mesuré au moyen d’un papier spécial dit « papier pH universel » ou grâce à un pH-mètre. Figure 30 Le papier pH universel prend une teinte différente selon le pH de la solution testée.

Voici la marche à suivre pour mesurer le pH d’une solution avec un papier pH universel. 1

Découper une bande de 3 ou 4 cm de papier pH.

2

À l’aide d’un compte-gouttes préalablement rincé à l’eau distillée, prélever un échantillon de la solution et en déposer une goutte sur la bande de papier (ne pas tremper le papier pH directement dans la solution pour ne pas la contaminer).

3

Comparer la teinte prise par le papier pH avec l’échelle de teintes de référence et en déduire le pH de la solution (voir la figure 30).

Voici la marche à suivre pour utiliser un pH-mètre.

Figure 31 La lecture du pH se fait directement sur l’écran d’affichage.

44

1

Après avoir retiré la protection de la tête de l’électrode du pH-mètre, rincer la tête de l’électrode avec de l’eau distillée puis l’essuyer avec un papier filtre propre.

2

Au besoin, calibrer le pH-mètre en suivant les directives qui vous seront données.

3

Plonger la tête de l’électrode du pH-mètre calibré dans la solution de pH inconnu.

4

Lire et noter la valeur du pH (voir la figure 31).

5

Rincer la tête de l’électrode avec de l’eau distillée puis l’essuyer avec un papier filtre propre. Remettre en place la protection de la tête de l’électrode.

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

OUTIL

11.9 La mesure de la force

Le repère

Un dynamomètre, également appelé « peson », est un instrument de mesure des forces constitué d’un ressort et d’une échelle de mesure calibrée en newtons (N). Voici la marche à suivre pour utiliser un dynamomètre. 1

Fixer le dynamomètre à un support.

2

Accrocher l’objet pour lequel on veut mesurer la force exercée au crochet et prendre la lecture (voir la figure 32).

Figure 32 Pour obtenir une mesure précise, il est

OUTIL

OUTIL

important de fixer le dynamomètre à un support.

11.10 La mesure de la pression

On mesure la pression des gaz et des liquides avec des manomètres. Il existe deux principaux types de manomètres : les manomètres à cadran et les manomètres à tube en U.

11

La mesure de la pression d’un gaz à l’aide d’un manomètre à cadran Le manomètre à cadran mesure une déformation mécanique engendrée par la force exercée par la pression, et la retranscrit au moyen d’un affichage numérique ou d’un cadran avec une aiguille (voir la figure 33). Voici les étapes à suivre pour mesurer la pression à l’aide d’un manomètre à cadran. 1

À l’aide d’un tube flexible, relier la seringue qui contient le gaz de pression inconnue au manomètre à cadran.

2

Appuyer sur le piston de la seringue, et lire la pression sur le cadran.

La mesure de la pression d’un gaz à l’aide d’un manomètre à tube en U Dans les manomètres à tube en U, la pression du gaz est indiquée par la hauteur d’une colonne de liquide libre de se déplacer dans un tube en U. La différence de hauteur du liquide, mesurée en millimètres, entre les deux branches du U permet de déterminer la valeur de la pression (voir la figure 34).

Figure 33 La mesure de la pression à l’aide d’un manomètre à cadran.

Règle Pression atmosphérique

Pression exercée par le gaz contenu dans la seringue

h

Support Seringue

Figure 34 La mesure de la pression d’un gaz à l’aide d’un manomètre à tube en U à bout ouvert.

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

45

Pour déterminer la pression du gaz (exprimée en kilopascals) à partir de la différence de hauteur du liquide dans les deux branches du tube en U (exprimée en millimètres), il faut effectuer un calcul. Le calcul diffère selon que le tube a un bout fermé ou ouvert.

OUTIL

Voici les étapes à suivre pour mesurer la pression d’un gaz à l’aide d’un manomètre à tube en U contenant de l’eau.

11

1

À l’aide d’un tube flexible, relier la seringue qui contient le gaz à l’une des branches du manomètre.

2

Appuyer sur le piston de la seringue.

3

Si le manomètre a un bout fermé, mesurer la différence en millimètres entre les niveaux de liquide des deux branches, puis convertir cette valeur en kilopascals en la multipliant par 0,009 8.

4

Si le manomètre a un bout ouvert, il faut alors tenir compte de la pression atmosphérique qui est mesurée à ce moment. • Si la hauteur de la colonne de liquide est plus basse dans la branche reliée à la seringue (voir la figure 34), déterminer la pression réelle du gaz à l’aide de la formule suivante : Pression réelle  Pression atmosphérique (kPa)  Pression du gaz (kPa) Exemple Dans le montage de la figure 34, on mesure une différence de 62 mm entre les niveaux de liquide des deux branches. La pression atmosphérique est de 101,8 kPa. Quelle est la pression du gaz dans la seringue ? Données : h  62 mm Pression atmosphérique  101,8 kPa Calcul : 1) La pression du gaz : 62 mm  0,009 8  0,61 kPa 2) La pression réelle du gaz : Pression réelle  Pression atmosphérique  Pression du gaz Pression réelle  101,8 kPa  0,61 kPa Pression réelle  102,41 kPa • Si la hauteur de la colonne de liquide est plus basse dans la branche qui n’est pas reliée à la seringue, déterminer la pression réelle à l’aide du calcul suivant : Pression réelle  Pression atmosphérique (kPa)  Pression du gaz (kPa)

La mesure de la pression d’un liquide à l’aide d’un manomètre à tube en U Pour mesurer la pression d’un liquide, on procède de la même manière que pour un gaz en utilisant toutefois une capsule manométrique à l’extrémité du tube flexible. On trempe alors cette capsule à la profondeur voulue dans le liquide dont on veut connaître la pression (voir la figure 35).

46

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

1

Réaliser le montage de la figure 35 sans plonger la capsule dans le liquide.

2

Plonger la capsule dans le liquide à la profondeur désirée.

3

Si le manomètre a un bout fermé, mesurer la différence en millimètres entre les niveaux de liquide des deux branches, puis convertir cette valeur en kilopascals en la multipliant par 0,009 8.

4

Si le manomètre a un bout ouvert, il faut alors tenir compte de la pression atmosphérique qui est mesurée à ce moment. • Si la hauteur de la colonne de liquide est plus basse dans la branche reliée à la capsule manométrique (voir la figure 35), déterminer la pression réelle à l’aide du calcul suivant : Pression réelle  Pression atmosphérique (kPa)  Pression du liquide (kPa)

OUTIL

Voici les étapes à suivre pour mesurer la pression d’un liquide à l’aide d’un manomètre à tube en U.

11

Exemple Dans le montage de la figure 35, on mesure une différence de 17 mm entre les niveaux de liquide des deux branches. La pression atmosphérique est de 101,8 kPa. Quelle est la pression du liquide ? Données : h  17 mm Pression atmosphérique  101,8 kPa Calcul : 1) La pression du liquide : 17 mm  0,009 8  0,17 kPa 2) La pression réelle du liquide : Pression réelle  Pression atmosphérique  Pression du liquide Pression réelle  101,8 kPa  0,17 kPa Pression réelle  101,97 kPa • Si la hauteur de la colonne de liquide est plus basse dans la branche qui n’est pas reliée à la capsule manométrique, déterminer la pression réelle à l’aide du calcul suivant : Pression réelle  Pression atmosphérique (kPa)  Pression du liquide (kPa)

Liquide coloré

Bécher

h

Liquide

Capsule manométrique

Figure 35 La mesure de la pression d’un liquide à l’aide d’un manomètre à tube en U à bout ouvert. Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

47

OUTIL

11.11 La mesure de la tension du courant électrique

On mesure la tension électrique (différence de potentiel) entre deux points d’un circuit grâce à un voltmètre que l’on branche en parallèle comme le montre la figure 36. La tension électrique (différence de potentiel) que l’on mesure ainsi est celle qui existe entre les bornes du voltmètre.

1

Régler le voltmètre selon le type de courant circulant dans le circuit (continu ou alternatif).

2

Lorsque le courant est continu, brancher le voltmètre de sorte que le courant entre par la borne positive et ressorte par la borne négative. Attention ! Une inversion de la polarité peut endommager le voltmètre.

3

Toujours sélectionner l’échelle la plus grande.

Figure 36 Le voltmètre doit être branché en paral-

4

Lire la tension (différence de potentiel) affichée sur l’écran.

lèle aux bornes de la composante traversée par le courant.

5

S’il n’y a aucune lecture, sélectionner l’échelle inférieure suivante.

6

Répéter les étapes 4 et 5 afin de trouver l’échelle la plus adaptée.

7

Conserver la dernière lecture de la tension électrique.

11

OUTIL

OUTIL

Voici la marche à suivre pour utiliser un voltmètre.

11.12 La mesure de l’intensité du courant électrique

On mesure l’intensité du courant électrique grâce à un ampèremètre que l’on branche en série comme le montre la figure 37. Le courant dont on mesure ainsi l’intensité est celui qui traverse l’ampèremètre.

Figure 37 L’ampèremètre doit être branché en série dans le circuit.

Voici la marche à suivre pour utiliser un ampèremètre.

48

1

Régler l’ampèremètre selon le type de courant circulant dans le circuit (continu ou alternatif).

2

Lorsque le courant est continu, brancher l’ampèremètre pour que le courant entre par la borne positive et ressorte par la borne négative. Attention ! Une inversion de la polarité peut endommager l’ampèremètre.

3

Toujours sélectionner l’échelle la plus grande.

4

Lire l’intensité du courant affichée sur l’écran.

5

S’il n’y a aucune lecture, sélectionner l’échelle inférieure suivante.

6

Répéter les étapes 4 et 5 afin de trouver l’échelle la plus adaptée.

7

Conserver la dernière lecture de l’intensité du courant.

Outil 11 L’utilisation des instruments de mesure en science et technologie

L’utilisation des instruments technologiques

12 OUTIL

OUTIL

Il est important de savoir comment utiliser les instruments nécessaires à la réalisation d’un prototype ou d’un objet technique. Lorsqu’on se sert d’un outil, il faut toujours respecter les consignes de sécurité.

12.1 Le mesurage et le traçage

Dans l’exécution des lignes, des schémas, des projections ou de toute autre forme de représentation, la précision est de première importance. Il est essentiel de mesurer avec exactitude l’objet à dessiner pour ne pas fausser sa représentation. Il existe des instruments qui facilitent le travail des dessinateurs. Pour le traçage, on utilise généralement le crayon 2H, qui permet de faire des traits pâles. Il est essentiel que le crayon à mine soit bien taillé afin d’obtenir des lignes bien définies. La règle fait aussi partie des instruments indispensables pour le dessin technique. En effet, elle permet de tracer des lignes droites et de mesurer avec exactitude différentes longueurs.

La planche à dessin et le té La planche à dessin permet de fixer la feuille sur laquelle on va dessiner. Elle sert aussi de guide pour l’utilisation du té. Le té permet de s’assurer que la feuille que l’on fixe sur la planche à dessin est bien droite et que toutes les lignes seront parallèles au fur et à mesure que le dessin progressera. Voici la marche à suivre pour fixer une feuille sur la planche à dessin à l’aide du té. 1

Appuyer la tête du té contre le bord de la planche.

2

Aligner le bord inférieur de la feuille avec le bord supérieur de la lame du té.

3

En maintenant la feuille dans sa position, déplacer le té vers le centre de la feuille.

4

Fixer les quatre coins de la feuille avec du ruban adhésif (voir la figure 38).

Le té sert aussi à tracer des lignes horizontales parallèles et à guider les équerres. En effet, on peut le faire glisser de haut en bas le long de la planche à dessin. Il est important de vérifier la position du té avant de l’utiliser : il doit être parallèle au bord inférieur de la planche et bien droit. Si ce n’est pas le cas, les lignes ne seront pas parallèles.

Figure 38 Une feuille fixée sur une planche à dessin. Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

49

Voici comment on utilise le té pour tracer des lignes horizontales parallèles. 1

Placer le té sur la planche à dessin. Il doit être parallèle au bord inférieur de la planche.

2

Tenir le crayon légèrement incliné selon un angle d’environ 60°.

3

Tracer une ligne horizontale (voir la figure 39).

OUTIL

Figure 39 Le té sert à tracer des lignes horizontales parallèles.

12

Le compas Le compas sert à tracer des cercles et des arcs de cercles. Voici comment on utilise le compas. 1

Tracer les lignes d’axe du cercle.

2

Indiquer le rayon désiré sur une des lignes d’axe.

3

Placer la pointe du compas à l’intersection des lignes d’axe.

4

Ajuster l’ouverture en fonction de la dimension du cercle à tracer. Il faut que l’ouverture corresponde au rayon du cercle.

5

Tracer le cercle dans le sens des aiguilles d’une montre en tenant l’extrémité du compas entre le pouce et l’index (voir la figure 40).

Lignes d’axe

Figure 40 Comment utiliser un compas.

Les équerres Les équerres servent à tracer des lignes verticales et des lignes obliques dont l’angle est un multiple de 15°. Il existe deux types d’équerres : l’équerre pour tracer les angles de 30°, 60° et 90°, et l’équerre pour tracer des angles de 45° et 90° (voir la figure 41). 90°

60° a) Une équerre pour tracer des angles de 30°, 60° et 90°.

Figure 41 Deux types d’équerres.

50

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

30°

90°

45° b) Une équerre pour tracer des angles de 45° et 90°.

45°

Le rapporteur d’angles Le rapporteur d’angles est un demi-cercle gradué en degrés qui sert à tracer ou à mesurer des angles. Voici comment on utilise un rapporteur d’angles pour tracer un angle. Tracer une ligne horizontale.

2

Placer le bas du rapporteur d’angles sur cette ligne.

3

Faire coïncider le centre du rapporteur avec le sommet de l’angle à tracer.

4

Faire un petit trait vis-à-vis de la valeur de l’angle choisi.

5

Relier ce trait au sommet de l’angle (voir la figure 42). OUTIL

1

12

30°

Figure 42 Comment utiliser un rapporteur d’angles.

Le pistolet Le pistolet est une planchette à courbures variées. Il sert à tracer des courbes irrégulières. Voici comment on utilise le pistolet pour dessiner une courbe irrégulière. 1

Marquer les points par lesquels la courbe doit passer.

2

Tracer au crayon, à main levée, une ligne légère passant par ces points.

3

Placer sur cette ligne la partie du pistolet qui correspond à la partie de la courbe à tracer.

4

Tracer la courbe à l’aide du pistolet en repassant sur la ligne tracée à main levée (voir la figure 43).

5

Déplacer le pistolet pour que sa forme s’ajuste à une autre partie de la courbe. Les différentes parties du pistolet serviront à tracer la courbe.

Figure 43 Comment utiliser un pistolet.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

51

OUTIL

12.2 Le sciage

Il existe divers outils pour scier les matériaux, par exemple la scie à dos et la scie à ruban. Il est important de s’en servir avec précaution afin d’éviter les coupures.

La scie à dos et la boîte à onglets

OUTIL

La scie à dos et la boîte à onglets servent à couper des pièces de bois à 45° ou à 90°. De telles coupes sont utiles, par exemple, lorsqu’on pose des moulures ou qu’on fabrique des encadrements.

12

Voici comment on utilise la scie à dos et la boîte à onglets. 1

Placer la boîte à onglets sur une surface stable et plane.

2

Marquer le point de coupe (endroit où l’on doit scier une pièce de bois) sur la pièce de bois avec un crayon à mine.

3

Placer la pièce de bois dans la boîte à onglets et la maintenir en place avec une main.

4

Aligner le point de coupe avec les fentes de la boîte de façon à couper dans le rebut (partie de la pièce de bois qu’on ne veut pas conserver).

5

Placer la scie dans les fentes (voir la figure 44).

6

Commencer avec quelques petits coups de scie vers l’avant et continuer avec un mouvement de va-et-vient régulier. La scie et le fond de la boîte à onglets doivent toujours demeurer parallèles.

7

Une fois le travail terminé, ranger la scie et la boîte à onglets.

Scie à dos Boîte à onglets

Figure 44 Comment utiliser la scie à dos et la boîte à onglets.

La scie à ruban La scie à ruban permet de réaliser de façon sécuritaire presque tous les types de coupes : les coupes rectilignes (en ligne droite), les coupes curvilignes (en courbe) et les coupes angulaires (avec un angle de 0° à 90°).

52

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

Voici comment on utilise la scie à ruban (voir la figure 45). Tracer la ligne de coupe sur la pièce avec un crayon à mine.

2

Placer la pièce sur la table de coupe.

3

Ajuster la hauteur du guide-lame à environ 12 mm au-dessus de la pièce à couper. Au besoin, demander à la personne responsable de l’atelier d’ajuster la hauteur du guide-lame.

4

Appuyer sur l’interrupteur pour mettre la scie en marche.

5

Laisser la scie atteindre sa vitesse maximale avant de commencer à scier la pièce.

6

Tenir la pièce à scier avec les deux mains en gardant toujours les mains éloignées de la lame. Laisser le temps à la lame de scier la pièce. Ne pas appliquer une forte pression sur la pièce. Lorsqu’on dévie de la ligne de coupe, il faut reculer doucement, réorienter la lame sur la ligne et poursuivre la coupe.

7

Vis de réglage

Couvre-lame Guide-lame

OUTIL

1

12

Lame

Table Bras

Fermer l’interrupteur lorsque la coupe est terminée.

Interrupteur

Figure 45 Les différentes parties de la scie à ruban.

Attention! • Éviter de tordre ou de déformer la lame, sinon elle risque de se briser. • Toujours tenir les mains éloignées de la lame. • Utiliser un bâton pour repousser les rebuts (voir la figure 46). Il faut faire preuve de vigilance lorsqu’on se sert de cette méthode, car elle comporte des risques.

Figure 46 Comment repousser les rebuts de la lame à l’aide d’un bâton.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

53

OUTIL

12.3 Le coupage

Il existe divers outils pour couper les matériaux. Il est important de s’en servir de façon sécuritaire. Le couteau universel permet de couper plusieurs matériaux avec précision. Étant donné que les risques de coupures sont grands lorsqu’on utilise cet outil, il faut le manipuler avec précaution. Pour limiter le risque de blessure, il est préférable de porter un gant de travail sur la main qui tient la règle.

OUTIL

Voici comment on utilise le couteau universel.

12

1

Placer le tapis de coupe sur une surface plane et stable.

2

Placer la pièce à couper sur le tapis de coupe.

3

Faire glisser la lame hors du manche du couteau à la longueur requise.

4

S’assurer que la lame est en bon état. S’il y a lieu, enlever l’extrémité de la lame en mauvais état à l’aide d’une pince.

5

Tenir le couteau fermement et, avec la main gantée, tenir la règle (voir la figure 47).

6

Faire glisser le couteau vers soi en appuyant la lame le long de la règle de métal.

7

Ne pas appliquer une trop grande pression sur le couteau. Il est plus sécuritaire de répéter la coupe plusieurs fois.

8

Faire glisser la lame à l’intérieur du manche une fois le travail terminé.

Couteau universel

Règle de métal

Tapis de coupe

Figure 47 Comment utiliser le couteau universel.

54

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

OUTIL

12.4 Le perçage

Au cours de la fabrication d’un prototype, on peut utiliser une perceuse ou une perceuse sensitive.

La perceuse La perceuse permet de faire des trous dans des pièces de bois, de métal et de matières plastiques (voir la figure 48).

1

Fixer sur la table de travail la pièce à percer à l’aide d’une serre ou d’un étau.

2

S’assurer que l’appareil est débranché, puis choisir la mèche appropriée et l’insérer dans le mandrin.

3

Tourner la bague de serrage pour immobiliser complètement la mèche.

4

Faire une marque sur la pièce à percer afin de déterminer l'endroit précis où on doit percer. Sur une pièce de bois, faire cette marque avec un crayon. Sur une pièce de métal, utiliser un pointeau (tige métallique pointue utilisée pour marquer le centre d’un trou que l’on veut percer).

5 6

OUTIL

Voici comment on utilise la perceuse.

12

Gâchette Mandrin Bague de serrage

Brancher l’appareil, puis placer la mèche sur la marque. Appuyer sur la gâchette en appliquant une pression.

Mèches et forets

Une fois le travail terminé, débrancher et ranger la perceuse.

Figure 48 Les différentes parties de la perceuse.

La perceuse sensitive La perceuse sensitive est le plus souvent utilisée pour faire des trous avec une grande précision à l’aide d’une mèche ou d’un foret. Cependant, c’est un outil polyvalent qui peut être utilisé à d’autres fins. En effet, la perceuse sensitive permet de faire un cylindre à l’aide d’un emporte-pièces, de fraiser à l’aide d’une mèche à fraiser, de façonner ou de poncer à l’aide d’un cylindre à poncer et de polir des surfaces à l’aide d’une meule à polir (voir la figure 49). Meule à polir en coton Foret

Emporte-pièces

Mèches Mèche à fraiser

Cylindre à poncer

Figure 49 Divers accessoires pouvant être utilisés avec une perceuse sensitive.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

55

OUTIL

Voici comment on utilise la perceuse sensitive (voir la figure 50).

12

1

Faire une marque sur la pièce à percer afin de déterminer l’endroit précis où on doit percer. Sur une pièce de bois, faire cette marque avec un crayon. Sur une pièce de métal, utiliser un pointeau.

2

Choisir l’accessoire qui convient à la tâche à effectuer.

3

Demander à la personne responsable de l’atelier : a) d’installer l’accessoire sur le mandrin à clé de la perceuse ; b) d’ajuster la vitesse de rotation de la perceuse ; c) d’ajuster la hauteur de la table de la perceuse ; d) d’ajuster la profondeur de la descente du mandrin à l’aide de la butée de réglage.

4

On peut utiliser un gabarit de perçage pour maintenir ou guider la pièce à percer.

5

À l’aide de la manette du volant, abaisser la perceuse afin de placer l’extrémité de la mèche sur la marque faite sur la pièce. Dans le cas d’une pièce métallique, on placera l’extrémité du foret dans le trou laissé par le pointeau.

6

Fixer la pièce à percer sur la table de la perceuse à l’aide d’une serre en C ou d’un étau de perçage.

7

À l’aide de l’interrupteur, mettre la perceuse en marche.

8

À l’aide de la manette du volant, abaisser la perceuse pour percer le trou.

9

À l’aide de l’interrupteur, éteindre la perceuse.

Bouton de réglage de la tension de la courroie

Interrupteur

Moteur

Volant Fourreau

Butée de réglage de la profondeur

Manette du volant

Colonne

Collet de montage fileté Mandrin à clé

Clé de mandrin Mèche Table

Figure 50 Les différentes parties de la perceuse sensitive.

56

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

OUTIL

12.5 Le filetage

Le filetage consiste à créer un filet hélicoïdal sur la surface extérieure d’une tige cylindrique pour obtenir une vis. Les outils employés pour le filetage sont la filière et le porte-filière (voir la figure 51). La filière est dotée d’une encoche qui permet de la fixer solidement au porte-filière au moyen d’une vis.

OUTIL

Encoche Vis

a) Des exemples de filières.

12

b) Un porte-filière permet de tenir la filière et de la faire tourner autour de la tige qu’on souhaite fileter.

Figure 51 Les outils employés pour réaliser un filetage.

Le filetage est une opération délicate. Il faut s’assurer que les axes des filets et de la tige sont parfaitement parallèles. Il faut également faire attention de produire des filets dont le pas est très régulier, en particulier lorsque le filetage est réalisé de façon manuelle. Voici comment on réalise un filetage. 1

Mesurer le diamètre de la tige à fileter à l’aide d’un pied à coulisse.

2

Placer la filière qui correspond au diamètre de la tige à fileter dans le porte-filière en alignant l’encoche et la vis, puis visser modérément cette dernière dans l’encoche.

3

Fixer fermement la tige à fileter dans un étau.

4

Appuyer fortement sur le porte-filière et visser lentement, dans le sens des aiguilles d’une montre, dans une position parfaitement perpendiculaire à la tige à fileter.

5

Dès que le filetage est amorcé, continuer de visser en tenant le porte-filière par les deux bras. Un fin copeau métallique se formera.

6

Après deux ou trois tours, dévisser d’un demi-tour pour casser le copeau et injecter un lubrifiant qui facilitera le filetage.

7

Fileter jusqu’à l’obtention de la longueur de filetage désirée en répétant l’étape 6 au besoin.

8

À la fin, dévisser complètement la filière.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

57

OUTIL

12.6 Le taraudage

OUTIL

Le taraudage consiste à créer un filet hélicoïdal sur la surface intérieure d’un trou cylindrique pour former un écrou qui est complémentaire à la tige filetée qui s’y insérera. Les outils employés pour le taraudage sont le taraud et le portetaraud (voir la figure 52).

12 a) Des exemples de tarauds.

b) Un porte-taraud permet de maintenir le taraud et de le tourner.

Figure 52 Les outils employés pour réaliser un taraudage.

Le taraud est une sorte de foret qui s’insère dans le porte-taraud ou encore dans une perceuse et qui arrache du métal à la surface intérieure d’un trou cylindrique. Il existe trois types de tarauds : l’ébaucheur (qui est le plus pointu), l’intermédiaire (qui compte un peu plus de filets) et le finisseur (qui ressemble à une vis). L’utilisation des trois tarauds sera nécessaire pour de l’acier épais alors que l’ébaucheur et le finisseur seront suffisants pour tarauder les faibles épaisseurs ou des métaux plus mous, comme l’aluminium et le cuivre, ou encore les matières plastiques. Le taraudage, tout comme le filetage, est une opération délicate qui demande de percer un trou au préalable dans le matériau. Il faut ensuite s’assurer que les axes de perçage et de taraudage sont parfaitement identiques. Voici comment on réalise un taraudage.

58

1

Percer un trou de diamètre inférieur au diamètre externe des filets du taraud. Injecter un lubrifiant au besoin.

2

Fixer fermement le taraud ébaucheur dans le porte-taraud.

3

Commencer à visser lentement, dans le sens des aiguilles d’une montre, en maintenant la position de l’outil pour qu’il soit parfaitement dans l’axe du trou.

4

Visser sur une profondeur de 1 cm environ, puis dévisser d’un demi-tour. Lubrifier et continuer de visser et de dévisser de la sorte tous les trois tours tout en lubrifiant.

5

Dévisser totalement, lentement et bien dans l’axe, le taraud ébaucheur. La limaille se trouvera extraite du même coup.

6

Remplacer le taraud ébaucheur par le taraud intermédiaire (si nécessaire) ou par le taraud de finition, puis recommencer à partir de l’étape 2 avec les mêmes précautions sans forcer le taraud dans l’empreinte précédente et en nettoyant entre les passes.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

OUTIL

12.7 Le limage

1

Fixer solidement la pièce à limer dans un étau en utilisant des martyrs (des retailles de bois, par exemple) pour ne pas abîmer la pièce (voir la figure 53).

2

Choisir une lime dont la dureté est adaptée au matériau et dont la forme est adaptée à la surface à limer.

3

Porter des gants de protection.

4

Tenir fermement la lime par le manche et l’autre extrémité et limer avec un mouvement régulier en couvrant à chaque passage toute la surface à limer. Attention ! Il ne faut pas faire un mouvement de va-et-vient rectiligne mais un mouvement légèrement en diagonale en éloignant la lime du corps (voir la figure 53).

5

Nettoyer au besoin la lime avec une brosse appropriée.

OUTIL

Le limage permet d’enlever les bavures, d’obtenir un fini plus lisse et d’ajuster les dimensions des pièces mécaniques. On utilise d’abord des limes plus grossières, pour enlever rapidement de la matière, puis on passe progressivement à des limes moins grossières. Voici comment on réalise un limage.

12

OUTIL

Figure 53 Le limage d’une pièce exige que celle-ci soit adéquatement fixée.

12.8 Le dénudage et les épissures

Pour pouvoir connecter les câbles électriques, il est nécessaire d’enlever la gaine isolante sur quelques centimètres à leurs extrémités et de réaliser une épissure. Faire une épissure consiste à torsader les deux fils dans le but de les réunir.

Le dénudage d’un fil Pour dénuder un fil électrique, on utilise une pince spéciale, la pince à dénuder : ses mâchoires permettent de couper la gaine sans couper le métal. Voici comment on réalise le dénudage de fils électriques. 1

S’assurer que le fil n’est pas sous tension ; au besoin, le débrancher.

2

Sélectionner l’ouverture de la pince adaptée au type de fil. En cas de doute, faire un premier essai avec une ouverture plus grande, car la pince doit sectionner seulement la gaine et ne doit pas endommager le fil métallique.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

59

OUTIL

3

Placer le fil dans la pince et serrer la pince afin qu’elle entaille la gaine.

4

Faire tourner la pince d’un quart de tour autour du fil puis revenir à la position initiale.

5

Sans desserrer la pince, tirer le fil pour le dénuder : sa gaine restera de l’autre côté de la pince (voir la figure 54).

6

S’assurer que le métal n’a pas été endommagé : il ne doit y avoir aucune morsure sur le fil.

12 Figure 54 Le dénudage d’un fil s’effectue à l’aide d’une pince à dénuder.

Les épissures Voici comment on réalise une épissure. 1

S’assurer que les fils ne sont pas sous tension ; au besoin, les débrancher.

2

Placer l’une à côté de l’autre l’extrémité dénudée de chaque fil et commencer à les torsader à l’aide d’une pince (ou du pouce et de l’index, selon le type de fil).

3

Compléter l’épissure en faisant tourner la pince de manière à tresser ensemble les extrémités des deux fils (voir la figure 55).

4

Recouvrir l’épissure d’un connecteur de raccordement.

Figure 55 Faire une épissure consiste à torsader les deux fils dans le but de les réunir.

60

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

OUTIL

12.9 Le soudage

Le fer à souder sert à chauffer les pièces de métal pour les relier à l’aide d’un fil à souder. Une fois en contact avec les pièces de métal chauffées, le fil à souder fond. Il peut ainsi unir des plaques, des tiges ou des fils. Cet outil est tout indiqué pour relier des fils électriques dans un circuit, car l’étain, utilisé comme fil à souder, permet une excellente conduction électrique.

1

Brancher le fer et le laisser chauffer sur le support.

2

Lorsque le fer est chaud, nettoyer la pointe avec l’éponge humide.

3

Pour s’assurer que le fer est assez chaud, appliquer rapidement l’extrémité du fil à souder sur la pointe du fer. Si le fer est assez chaud, le fil fondra immédiatement. Une seule goutte de métal fondu suffit. Cette opération permet aussi d’améliorer la conduction thermique entre la pointe du fer et la pièce. Cette étape est seulement nécessaire pour s’assurer que le fer a atteint la bonne température. Après la première soudure, cette étape n’est plus nécessaire.

4

Réunir les pièces métalliques (plaques, tiges, fils, etc.) que l’on veut souder. Leurs surfaces doivent se toucher. Les fils électriques doivent être réunis, puis torsadés avant d’être soudés. On peut aussi les relier à une borne, dans le cas d’un montage sur un tableau, par exemple.

5

Chauffer les surfaces à souder en y appliquant la pointe du fer. Toujours chauffer la plus grosse pièce en premier.

6

Quand le métal est chaud, appliquer l’extrémité du fil à souder sur les surfaces à souder (voir la figure 56). Si le fil ne fond pas, chauffer davantage. Le fer doit rester en contact avec les surfaces métalliques. Toutefois, le fil à souder ne doit jamais entrer en contact avec la pointe du fer à souder.

7

Laisser la soudure refroidir quelques minutes.

8

Pendant ce temps, nettoyer la pointe encore chaude du fer à souder avec l’éponge humide.

9

Déposer le fer sur son support.

OUTIL

Voici comment on utilise le fer à souder.

12

Attention! Ne pas toucher au métal s’il n’est pas refroidi. Lors de la soudure, ne jamais appliquer le fil à souder sur la pointe du fer.

10 Vérifier la solidité de la soudure en appliquant une petite pression sur les pièces soudées. 11 Débrancher le fer et attendre qu’il soit refroidi avant de le ranger.

Fer à souder

Fil à souder

Figure 56 Comment utiliser le fer à souder. Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

61

OUTIL

12.10 L’assemblage

Pour assembler les différentes parties d’un objet, on peut utiliser la clé à molette et le pistolet à colle chaude.

La clé à molette La clé à molette permet de serrer et de desserrer des écrous et des boulons (voir la figure 57).

OUTIL

Voici comment on utilise la clé à molette.

12

1

Placer l’écrou ou la tête du boulon entre les mâchoires de la clé à molette.

2

Tourner la molette pour régler l’ouverture des mâchoires de façon qu’elles s’ajustent à la taille de l’écrou ou à celle du boulon.

3

Tourner la clé dans le sens des aiguilles d’une montre pour serrer, ou dans le sens contraire pour desserrer. Molette

Mâchoire fixe

Écrou

Poignée

Mâchoire mobile

Boulon

Figure 57 Les différentes parties de la clé à molette.

Le pistolet à colle chaude Le pistolet à colle chaude permet d’assembler rapidement et solidement des surfaces. Il peut coller le métal, le bois, la céramique, la porcelaine, le carton, le cuir, le polystyrène et les tissus (voir la figure 58). Voici comment on utilise le pistolet à colle chaude.

Attention! L’embout du pistolet et la colle deviennent très chauds. Il ne faut pas les toucher avec les doigts.

1

Insérer un bâtonnet de colle dans le pistolet.

2

Brancher le pistolet et le laisser chauffer pendant environ cinq minutes.

3

Appliquer la colle sur les surfaces à assembler en appuyant sur la gâchette.

4

Mettre en position les pièces que l’on veut coller.

5

Appliquer une légère pression sur les pièces le temps que la colle durcisse.

6

62

Débrancher le pistolet et attendre qu’il soit refroidi avant de le ranger.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

Bâtonnet de colle

Embout

Gâchette

Figure 58 Les différentes parties du pistolet à colle chaude.

OUTIL

12.11 La finition

La finition est l’ensemble des opérations qu’on effectue pour améliorer l’apparence d’un prototype ou d’un objet. La ponceuse à disque et à courroie permet de façonner une pièce afin de lui donner une forme finale ou de la poncer.

1

Tracer, s’il y a lieu, des marques sur la pièce de bois pour guider le façonnage ou le ponçage.

2

Vérifier que l’angle formé par la courroie et le butoir est toujours de 90°. Faire régulièrement cette vérification. Si cela est nécessaire, demander à l’adulte responsable de l’atelier d’ajuster l’angle.

3

Appuyer sur l’interrupteur pour mettre la ponceuse en marche.

4

Laisser la ponceuse atteindre sa vitesse maximale avant de commencer à façonner ou à poncer la pièce.

5

Placer la pièce du côté gauche du disque ou près du butoir de la courroie. Il faut tenir compte du sens de la rotation du moteur afin d’éviter les accidents (voir la figure 59).

6

Vérifier régulièrement le résultat du façonnage ou du ponçage.

7

Fermer l’interrupteur, une fois le travail terminé.

8

Si on ne prévoit pas utiliser la ponceuse dans l’immédiat, il est préférable de la débrancher.

9

Ranger la ponceuse et nettoyer la surface de travail.

OUTIL

Voici comment on utilise la ponceuse à disque et à courroie.

12

Attention! Ne jamais toucher au disque ou à la courroie avec les doigts pendant que la ponceuse est en marche.

10 Terminer le ponçage à la main en utilisant un papier fin et, s’il y a lieu, un bloc à poncer.

Disque à poncer

Butoir

Disque

Courroie à poncer

Table Interrupteur

Figure 59 Comment utiliser la ponceuse à disque et à courroie.

Les papiers à poncer Les papiers à poncer sont classés selon un système de numéros. Plus le numéro du papier est petit, plus le grain du papier est gros. Par exemple, un papier n° 60 a de gros grains abrasifs, tandis qu’un papier n° 220 possède des grains très fins. On commence habituellement le ponçage avec un papier à gros grains et on le termine avec un papier à grains fins. Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

63

OUTIL

12.12 La mesure et le contrôle

Lors du façonnage et de l’assemblage des pièces d’un objet technique, il est important de s’assurer de la qualité des matériaux, des mesures et de la conformité des techniques d’usinage. Afin d’éviter l’usinage ou l’assemblage d’une pièce non conforme, il est nécessaire de procéder à des vérifications tout au long du processus de production. La prise systématique de mesures avant et après chaque opération ainsi que le contrôle des pièces au cours de leur fabrication permettent d’assurer leur qualité.

OUTIL

La mesure

12

La mesure vise à déterminer de façon précise les dimensions (longueurs, diamètres et angles) d’une pièce. Le pied à coulisse est un instrument de mesure polyvalent et de grande précision qui permet de réaliser trois types de mesures de longueur (voir la figure 60). Règle (partie fixe)

Vernier (partie coulissante) Becs extérieurs a) Les becs extérieurs servent à mesurer la distance entre deux faces externes d’un objet.

Becs intérieurs Jauge de profondeur

b) Les becs intérieurs servent à mesurer la distance entre deux faces intérieures.

c) La jauge de profondeur sert à mesurer la hauteur d’une pièce ou la profondeur d’un trou.

Figure 60 Le pied à coulisse.

Voici comment on mesure la distance entre deux faces externes d’un objet à l’aide d’un pied à coulisse.

64

1

Bien fermer les becs extérieurs. Ceux-ci doivent être propres et la lumière ne doit pas passer au point de contact des deux becs.

2

S’assurer que le pied à coulisse indique bien zéro. Selon le modèle utilisé, il peut être nécessaire de calibrer le pied à coulisse.

3

Bien appuyer les becs sur les surfaces à partir desquelles la distance doit être mesurée ; exercer une très légère pression.

4

Lire la mesure en procédant comme suit : a) Vérifier si le 0 de l’échelle du vernier correspond parfaitement avec un repère de l’échelle de la partie fixe. Si tel est le cas, lire la mesure directement (voir la figure 61).

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

OUTIL

b) Si le repère du 0 de l’échelle du vernier ne correspond pas parfaitement avec un repère de la règle, il faut alors procéder en deux étapes : – d’abord, noter la valeur de la première graduation de la règle qui se trouve à gauche du 0 du vernier ; la lecture obtenue correspond à l’unité et à la première décimale de la mesure ; – ensuite, repérer la graduation de l’échelle du vernier qui est la mieux alignée sur la graduation de la règle et en noter la valeur ; la lecture obtenue correspond à la deuxième décimale de la mesure (voir la figure 62).

12

Figure 61 La mesure est 2,5 cm.

Figure 62 La mesure est 2,47 cm.

Le contrôle Le contrôle des pièces au cours de leur fabrication permet de vérifier si elles respectent les tolérances spécifiées dans la gamme de fabrication. Le contrôle permet notamment de vérifier les dimensions (longueurs, diamètres et angles) et la planéité des surfaces. Voici des moyens de contrôler ces paramètres. 1

Mesurer les longueurs avec le pied à coulisse ou, à défaut, avec tout autre instrument de mesure adéquat (règle, ruban à mesurer, par exemple) et les comparer aux tolérances spécifiées dans la gamme de fabrication.

2

Vérifier rapidement des dimensions comme le diamètre et la profondeur d’un trou, l’épaisseur ou le diamètre extérieur d’une pièce à l’aide de calibres à limites.

3

Mesurer les angles avec un rapporteur d’angles et les comparer aux tolérances spécifiées dans la gamme de fabrication. Pour les angles de valeurs typiques de 90°, 60°, 45° et 30°, utiliser une équerre. Autant que possible, utiliser une surface d’appui plane pour la base du rapporteur et des équerres.

4

Vérifier la planéité d’une surface en déposant la pièce sur une surface de référence comme une table de granit (voir la figure 63). Un mauvais contact entre les surfaces indique un défaut de fabrication.

5

Vérifier l’alignement des pièces au moyen d’une règle métallique parfaitement droite et rigide.

6

Vérifier l’horizontalité et la verticalité des surfaces à l’aide d’un niveau.

Figure 63 La table de granit poli fournit une surface de référence plane.

Outil 12 L’utilisation des instruments technologiques

65

13

OUTIL

L’utilisation d’échelles en technologie Savoir représenter un objet à l’échelle est une habileté très utile en science et technologie. L’échelle est le rapport entre les dimensions de la représentation d’un objet et les dimensions réelles de cet objet. L’échelle permet de réduire ou d’agrandir les dimensions d’un objet en respectant ses proportions. Pour dessiner un objet ou pour faire une maquette à l’échelle, il faut connaître les mesures exactes de l’objet. L’exemple suivant présente la marche à suivre pour calculer l’échelle d’un dessin.

Comment réduire les dimensions d’une roue de vélo sur un dessin On doit dessiner une roue de vélo dont le diamètre est de 560 mm. La roue dessinée devra mesurer 28 mm seulement (voir la figure 64). 1. Calcul de l’échelle pour la réduction de la roue Pour connaître l’échelle, on utilise la formule suivante : ÉchelleRéduction 

Mesure réelle de l’objet Mesure du dessin à réaliser

ÉchelleRéduction 

560 mm 28 mm

ÉchelleRéduction  20 Échelle

 1 : 20

Le dessin de la roue sera 20 fois plus petit que la roue. 2. Calcul de la longueur des rayons de la roue La longueur des rayons de la roue est de 260 mm. Il faut donc diviser 260 mm par l’échelle obtenue, soit 20. Mesure du dessin 

Mesure d’une partie de l’objet Échelle

Mesure du dessin  260 mm 20 Mesure du dessin  13 mm Sur le dessin, la longueur des rayons sera de 13 mm.

Longueur du rayon

Échelle 1 : 20

Figure 64 Cette roue de vélo est dessinée à l’échelle 1 : 20.

66

Outil 13 L’utilisation d’échelles en technologie

Les schémas de principe et de construction

14

OUTIL

OUTIL

Il existe plusieurs types de schémas technologiques. Le schéma de principe et le schéma de construction sont les plus utiles. L’exemple suivant présente un résumé de leurs caractéristiques.

14.1 Le schéma de principe

Définition Le schéma de principe est la représentation simplifiée d’un objet technique. Il sert à expliquer les forces et les mouvements qui entrent en jeu dans le fonctionnement de cet objet (voir la figure 65).

Levier supérieur Ressort de torsion ou à action angulaire (vue de côté) Pivot

Levier inférieur

Figure 65 Le schéma de principe.

Indications nécessaires On trouve sur ce type de schéma les éléments suivants : • le nom des pièces ; • les mouvements effectués par les pièces exprimés au moyen de symboles normalisés (voir l’outil 15.2, page 74) ; • les forces en action exprimées au moyen de symboles normalisés (voir l’outil 15.2, page 74).

Directives spécifiques Le schéma de principe est habituellement réalisé à l’aide d’instruments de dessin et n’a pas à être fait à l’échelle.

Étapes à suivre Voici les étapes à suivre pour réaliser un schéma de principe. 1

Représenter toutes les pièces formant l’objet et les identifier.

2

Identifier les mouvements possibles entre les différentes pièces et les représenter à l’aide de symboles normalisés.

3

Illustrer les forces en action. Outil 14 Les schémas de principe et de construction

67

OUTIL

14.2 Le schéma de construction

Définition

OUTIL

Le schéma de construction est une forme de dessin technique qui indique la façon de construire un objet. On y précise les matériaux utilisés ainsi que les liaisons qui unissent les pièces (voir la figure 66).

Plastique de protection

14

Rivet Acier

Levier supérieur Acier

Ressort de torsion ou à action angulaire Levier inférieur Acier Pivot

Rivet Liaison complète Plastique

Figure 66 Le schéma de construction.

Indications nécessaires On trouve sur ce type de schéma les éléments suivants : • toutes les pièces composant l’objet technique ; • les matériaux à utiliser ; • les dimensions précises des composantes et l’échelle ; • les liaisons entre les pièces (voir l’outil 15.2, page 74).

Directives spécifiques Le schéma de construction contient parfois les différentes vues de l’objet. Il est fait à l’aide d’instruments de dessin et à l’échelle.

Étapes à suivre Voici les étapes à suivre pour réaliser un schéma de construction.

68

1

Représenter à l’échelle toutes les pièces composant l’objet technique.

2

Pour chacune des pièces, identifier le matériau sélectionné pour la fabrication.

3

Préciser les dimensions des différentes pièces de l’objet.

4

Représenter les liaisons et les guidages entre les composantes.

Outil 14 Les schémas de principe et de construction

15

OUTIL

Le dessin technique

OUTIL

Le dessin technique sert à décrire de façon formelle, et avec une rigueur mathématique, les objets techniques. Il aide à la conception et à la fabrication de ces derniers.

15.1 Les dessins techniques en projection

La représentation graphique des objets peut être réalisée selon différentes projections telles que la projection orthogonale à vues multiples (dessin d’ensemble) ou la projection axonométrique (vue éclatée).

La projection orthogonale à vues multiples La projection orthogonale à vues multiples est une représentation en deux dimensions d’un objet obtenue au moyen de plusieurs vues.

Vue de dessus Vue de gauche Vue arrière

Voici comment on procède pour réaliser le dessin technique d’un objet selon la projection orthogonale à vues multiples. Vue de face

1

2

3

Imaginer un cube transparent (appelé cube de référence) au centre duquel on aurait placé l’objet à dessiner en prenant soin de mettre la face présentant le plus de détails face à l’observateur. Imaginer que l’observateur se déplace autour du cube en observant les six faces de l’objet projetées sur les six faces du cube appelées « vues » (voir la figure 67).

Vue de droite

Vue de dessous

Figure 67 Le cube de référence permet de visualiser les six faces de l’objet à représenter graphiquement.

Vue de dessus

Déterminer les trois vues conventionnelles à réaliser pour effectuer un dessin d’ensemble, soit les vues de face, de dessus et de droite (voir la figure 68).

Vue de gauche

Vue de face

Vue de droite

Vue arrière

Vue de dessous

Figure 68 La représentation standard du développement d’un cube de référence et les trois vues conventionnelles d’un objet.

Outil 15 Le dessin technique

69

4

Dessiner à l’échelle une projection orthogonale de chacune des trois vues conventionnelles de la pièce ou de l’objet. Pour obtenir ce type de projection, il faut imaginer une feuille de papier posée sur chacune des trois faces du cube de référence. La projection orthogonale correspond à ce que verrait un observateur placé infiniment loin et perpendiculairement aux faces du cube (voir la figure 69).

5

Coter le dessin si un dessin de détail est nécessaire (voir la figure 70).

6

Compléter le cartouche.

OUTIL

Vue de dessus

15

Vue de face

Vue de droite

Figure 69 Les trois vues conventionnelles d’une projection orthogonale à vues multiples.

Figure 70 Un exemple de dessin de détail avec deux vues: une de gauche et une de face. Elles fournissent des précisions sur la pièce qui assure le guidage de l’essieu relié aux roues arrière de la locomotive jouet présentée dans la figure 69.

70

Outil 15 Le dessin technique

La projection axonométrique : la vue éclatée Les vues éclatées facilitent la compréhension de l’agencement des pièces composant un objet. Pour cette raison, elles sont fréquemment utilisées pour effectuer le remplacement de pièces défectueuses lorsqu’un objet est brisé. Elles permettent de montrer les différentes pièces qui composent un objet en les dissociant les unes des autres. Ainsi, pour remplacer la pièce numéro 16 (voir la figure 71), par exemple, il faut démonter les pièces 17 à 20 en tout ou en partie, effectuer le remplacement de la pièce et remonter le tout.

OUTIL

20

19

18

15

17

16

11 13

15

12 7

8

9

2

6 14

10

5 1 4

3

Liste des pièces

2

1

Base

8

Essieu arrière

16 Tige guidée

4

Roues avant

9

Fixation

17 Poitrine

3

Essieu avant

10 Lumière

18 Tête

11 Cheminée

19 Visière

5 12 Côtés 6

Came (excentrique)

7

Corps

13 14 Roues arrière

20 Casquette

15 Guidage

Figure 71 Un exemple de dessin d’ensemble éclaté.

Outil 15 Le dessin technique

71

OUTIL

15.2 Les symboles normalisés en technologie

OUTIL

Les dessins techniques et les schémas constituent des supports pour la communication entre les personnes, les équipes et les entreprises qui interviennent dans la conception d’une pièce, d’un objet ou d’un système ainsi que dans la mise en œuvre de sa production et de sa fabrication. En raison du grand nombre d’intervenants et souvent de leur éloignement, cette communication repose sur un ensemble de représentations standardisées. Grâce à ces standards, communs à toute l’industrie, il est possible de concevoir un objet dans un pays et de le faire produire dans un autre pays, par une autre entreprise. Ces représentations standardisées forment un langage commun constitué de symboles normalisés. Ce langage comprend plusieurs types de représentations graphiques comme le dessin technique, les schémas de principe et de construction ou le schéma électrique. Il utilise également des lignes et des symboles pour désigner et représenter les différentes composantes et fonctionnalités d’un système.

15

Les lignes de base en dessin technique Les lignes de base sont les signes graphiques normalisés utilisés en dessin technique. Elles sont utilisées de façon conventionnelle pour dessiner des objets ou des pièces tant à la planche à dessin qu’à l’aide de logiciels de dessin (voir le tableau 13).

Tableau 13 Les lignes de base utilisées en dessin technique Types de lignes

72

Fonctions

Épaisseur du trait

Ligne vue ou de contour Trait représentant le visible contour et les détails visibles de l’objet

Fort

Ligne de contour caché

Trait tireté indiquant les détails cachés d’un objet

Moyen

Ligne de construction

Trait permettant l’ébauche d’un dessin

Fin

Outil 15 Le dessin technique

Visuels

Exemples

Tableau 13 Les lignes de base utilisées en dessin technique (suite) Types de lignes

Ligne de cote (ou de cotation)

Fonctions

Épaisseur du trait

Visuels

Exemples

Trait servant à indiquer Fin une dimension •Trait indiquant le début et la fin d’une ligne de cote •Trait délimitant la zone à mesurer

Fin

Ligne d’axe

•Trait montrant le centre d’un cercle •Trait indiquant la présence de symétrie dans une pièce

Fin

Ligne fantôme

Trait montrant le mouvement possible d’un objet

Fin

Ligne d’axe de coupe

Trait indiquant l’emplacement d’une coupe imaginaire dans un objet

Fort

Hachures

Traits montrant l’aire (surface) d’une vue en coupe où il y a de la matière

Fin

Brisure longue

Trait montrant la réduc- Fin tion d’une vue

Brisure courte

•Trait montrant la réduction d’une pièce longue •Trait montrant la portion interne d’un objet

Ligne de renvoi

Trait renvoyant à une note du dessin

OUTIL

Ligne d’attache

15

Moyen

Fin

Outil 15 Le dessin technique

73

Les symboles en ingénierie mécanique Le schéma de principe représente les types de forces et de mouvements qui entrent en jeu dans un objet. Pour sa part, le schéma de construction indique les différentes pièces, leurs dimensions, les matériaux utilisés et les liaisons mécaniques au moyen de symboles normalisés ainsi que la façon de construire un objet. Ces deux types de schémas font appel aux symboles normalisés pour représenter les forces (contraintes) et les mouvements, les liaisons mécaniques et les différentes pièces et systèmes usuels (voir les tableaux 14 à 19).

OUTIL

Tableau 14 Les symboles normalisés pour représenter les forces et les types de contraintes associées

15

Types de contraintes

Flexion Traction Force qui a tendance à Forces qui ont plier un objet tendance à étirer un objet ou à éloigner deux objets

Compression Forces qui ont tendance à comprimer un objet ou à rapprocher deux objets

Cisaillement Forces qui ont tendance à couper ou à déchirer un objet

Torsion Forces qui ont tendance à tordre un objet

Symboles normalisés

Tableau 15 Les symboles normalisés pour représenter les types de mouvements Types de Translation rectiligne Translation rectiligne Rotation mouvements unidirectionnelle bidirectionnelle unidirectionnelle

Rotation bidirectionnelle Mouvement décrivant Mouvement décrivant Mouvement décrivant Mouvement décrivant une trajectoire une trajectoire une trajectoire une trajectoire rectiligne dans un seul rectiligne dans les circulaire dans un circulaire dans les et même sens deux sens seul et même sens deux sens

Mouvement hélicoïdal bidirectionnel Mouvement décrivant une trajectoire en hélice bidirectionnelle dans les deux sens

Symboles normalisés

Tableau 16 Les symboles normalisés pour représenter les types de liaisons mécaniques Types de liaisons

Liaison complète

Guidage en translation

Guidage en rotation

Guidage d’une pièce Guidage hélicoïdal libre en rotation et en translation

Symboles normalisés

Tableau 17 Les symboles normalisés pour représenter les types de ressorts Types de ressorts

Ressort de compression

Ressort de traction

Ressort conique

Ressort de torsion Ressort de torsion ou à action angulaire ou à action angulaire (vue de face) (vue de côté)

Symboles normalisés

Tableau 18 Les symboles normalisés pour représenter les systèmes de transmission du mouvement Systèmes

Roues de friction

Symboles normalisés

74

Outil 15 Le dessin technique

Courroie et poulies

Engrenage

Chaîne et roues dentées

Roue dentée et vis sans fin

Tableau 19 Les symboles normalisés pour représenter les systèmes de transformation du mouvement Systèmes

Vis et écrou

Bielle, manivelle et coulisseau

Pignon et crémaillère

Came et tige guidée

Symboles normalisés

Les symboles en ingénierie électrique OUTIL

Le schéma électrique représente les composantes d’un circuit électrique et les connexions électriques dans ce circuit au moyen de symboles normalisés (voir le tableau 20). Le schéma électrique peut également présenter la valeur de certaines tensions électriques, de l’intensité du courant, de la résistance ou de la puissance électrique.

15

Tableau 20 Les symboles normalisés utilisés en ingénierie électrique Composantes électriques

Ampèremètre

Symboles normalisés

Composantes électriques

Symboles normalisés

Composantes électriques

Diode électroluminescente (DEL)

Interrupteur unipolaire

Dynamo

Moteur

Élément chauffant

Pile

Symboles normalisés

Ampoule

Avertisseur sonore

Batterie

Prise électrique Fusible

Conducteur

Génératrice à courant alternatif

Résisteur

Conducteur avec contact

Haut-parleur

Transistor bipolaire NPN

Interrupteur bipolaire Conducteur sans contact

Transistor bipolaire PNP Interrupteur (fermé)

Diode

Interrupteur (ouvert)

Voltmètre

Outil 15 Le dessin technique

75

OUTIL

15.3 L’utilisation de logiciels de dessin assisté par ordinateur (DAO)

Lorsqu’on souhaite représenter un objet technique à l’aide de dessins ou de schémas, il peut être utile d’avoir recours à un logiciel de dessin assisté par ordinateur. Ce type de logiciel permet de réaliser des dessins techniques au moyen d’un ordinateur en utilisant un ensemble de conventions pour représenter les objets. Un logiciel de dessin permet notamment : • de déterminer automatiquement l’échelle du dessin ; • de sélectionner les lignes de base et de les tracer ;

OUTIL

• de tracer facilement des droites, des cercles ou des courbes ;

15

• de compléter le dessin avec des cotes et de courts textes ; • d’obtenir un tracé précis, régulier et impeccable ; • d’agrandir ou de réduire le dessin à volonté, sans perte de qualité ; • de déterminer l’orientation du dessin ainsi que la grandeur de la feuille sur laquelle il sera imprimé. Les logiciels de dessin assisté par ordinateur sont toutefois relativement complexes et il faut prendre le temps nécessaire pour apprendre à les utiliser et à en maîtriser les diverses fonctionnalités. Lorsqu’on décide de recourir à l’utilisation d’un logiciel de dessin, il faut : • absolument acquérir au préalable une bonne expérience dans la réalisation de dessins techniques à main levée et à l’aide des instruments ; • bien connaître les règles, les usages, le vocabulaire et les codes qui régissent le dessin technique ; • utiliser un logiciel adapté aux projets que l’on réalise ; • apprendre à utiliser ce logiciel au moyen de cas simples ; • bien réfléchir à l’avance à ce qui doit être fait (par exemple, réaliser des croquis des pièces) ; • enregistrer régulièrement le travail effectué ; • une fois les dessins finis, les imprimer sur une feuille de format adéquat.

76

Outil 15 Le dessin technique

16 OUTIL

Les formules Cet outil présente les formules utilisées dans Synergie. Celles-ci sont regroupées par chapitre.

Nombre de moles n

N NA

où

n  Nombre de moles d’un échantillon donné N  Nombre de particules de l’échantillon NA  Nombre d’Avogadro

Voir La notion de mole et le nombre d’Avogadro, p. 52.

Masse d’un échantillon mnM

où

m  Masse de l’échantillon, exprimée en grammes (g) n  Nombre de moles M  Masse molaire de l’élément ou du composé, exprimée en grammes par mole (g/mol)

Voir La notion de mole et le nombre d’Avogadro, p. 53.

Concentration (équation générale) Concentration 

Quantité de soluté Quantité de solution

Voir La concentration et la dilution, p. 68.

Concentration (en g/L et en pourcentage) En grammes par litre : m(soluté) C(solution)  V(solution)

Voir La concentration et la dilution, p. 68.

où

C(solution)  Concentration de la solution, exprimée en grammes par litre (g/L) m(soluté)  Masse du soluté, exprimée en grammes (g) V(solution)  Volume de la solution, exprimé en litres (L)

En pourcentage : m(soluté) C en % m/m   100 m(solution) C en % m/V 

m(soluté)  100 V(solution)

C en % V/V 

V(soluté)  100 V(solution)

Concentration (en parties par million) C(ppm) 

Masse de soluté  106 Masse de solution

Voir La concentration et la dilution, p. 69.

Concentration molaire (mol/L) C

n V

où

C  Concentration molaire, exprimée en moles par litre (mol/L) n  Nombre de moles de soluté V  Volume de la solution, exprimé en litres (L)

Voir La concentration et la dilution, p. 70.

Outil 16 Les formules

77

Dilution Voir La concentration et la dilution, p. 71.

C1V1  C2V2

où

C1  Concentration de la solution initiale V1  Volume de la solution initiale C2  Concentration de la solution finale V2  Volume souhaité de la solution finale

Vitesse constante (vitesse moyenne)

OUTIL

Voir La relation entre la vitesse constante, la distance et le temps, p. 138.

1 16

v

d t

où

v  Vitesse moyenne, exprimée en mètres par seconde (m/s) d  Distance parcourue, exprimée en mètres (m) t  Intervalle de temps, exprimé en secondes (s)

où

W  Travail, exprimé en joules (J) F  Force, exprimée en newtons (N) d  Déplacement de l’objet, exprimé en mètres (m)

où

Feff  Force efficace, exprimée en newtons (N) F  Force appliquée, exprimée en newtons (N)   Valeur de l’angle entre la direction de la force appliquée et la direction du déplacement

Travail Voir La relation entre le travail, la force et le déplacement, p. 144.

W  Fd

Force efficace Voir La relation entre le travail, la force et le déplacement, p. 145.

Feff  F cos

Fcos est la force qui effectue un travail lorsque la force appliquée forme un angle avec la direction du déplacement. En remplaçant F par Fcos dans W  Fd on obtient : W  Fcosd

Travail et énergie Voir La relation entre le travail et l’énergie, p. 146.

W  E

où

W  Travail, exprimé en joules (J) E  Variation de l’énergie de l’objet, exprimée en joules (J)

Poids d’un objet Voir La relation entre la masse et le poids, p. 147.

w  Fg  mg

où

w  Fg  Poids de l’objet, exprimé en newtons (N) m  Masse de l’objet, exprimée en kilogrammes (kg) g  Intensité du champ gravitationnel, dont la valeur moyenne est de 9,8 N/kg sur Terre

Énergie cinétique d’un corps en mouvement Voir La relation entre l’énergie cinétique, la masse et la vitesse, p. 148.

78

Outil 16 Les formules

Ek 

1 2 mv 2

où

Ek  Énergie cinétique, exprimée en joules (J) m  Masse de l’objet, exprimée en kilogrammes (kg) v  Vitesse de l’objet, exprimée en mètres par seconde (m/s)

Énergie potentielle gravitationnelle d’un corps en mouvement EP  mgh

où

EP  Énergie potentielle gravitationnelle, exprimée en joules (J) m  Masse de l’objet, exprimée en kilogrammes (kg) g  Intensité du champ gravitationnel, dont la valeur est de 9,8 N/kg sur Terre h  Hauteur de l’objet par rapport à un point de référence, exprimée en mètres (m)

Voir La relation entre l’énergie potentielle, la masse, l’accélération et le déplacement, p. 150.

Énergie mécanique où

Em  Énergie mécanique, exprimée en joules (J) Ep  Énergie potentielle, exprimée en joules (J) Ek  Énergie cinétique, exprimée en joules (J)

Voir La loi de la conservation de l’énergie, p. 152.

OUTIL

Em  Ep  Ek

1 16

Rendement énergétique Rendement énergétique 

Quantité d’énergie utile (J)  100 Quantité d’énergie consommée (J)

Voir Le rendement énergétique, p. 154.

Quantité de chaleur Q  mcT

où

Q  Quantité de chaleur, exprimée en joules (J) m  Masse de la substance, exprimée en grammes (g) c  Capacité thermique massique, exprimée en joules par gramme degré Celsius (J/g °C) T  Variation de la température, exprimée en degrés Celsius (°C) (T  Tfinale – Tinitiale)

où

P  Pression, exprimée en newtons par mètre carré ou en pascals (N/m2 ou Pa) F  Force, exprimée en newtons (N) A  Aire où est appliquée la force, exprimée en mètres carrés (m2)

Voir La relation entre l’énergie thermique, la capacité thermique massique, la masse et la variation de température, p. 157.

Pression P

F A

Voir Le principe de Pascal, p. 168.

Force électrique entre deux charges FE 

k q1q2 r2

où

FE

 Force électrique qui s’exerce entre les corps chargés, exprimée en newtons (N) k  Constante de Coulomb, équivalant à 9  109 Nm2/C2 q1 et q2  Valeurs respectives des charges, exprimées en coulombs (C) r  Distance séparant les charges, exprimée en mètres (m)

Voir La loi de Coulomb, p. 184.

Intensité du champ électrique E

kq1 r2

où

E  Intensité du champ électrique, exprimée en newtons par coulomb (N/C) k  Constante de Coulomb, équivalant à 9  109 Nm2/C2 q1 Valeur de la charge, exprimée en coulombs (C) r  Distance séparant la charge d’un point donné, exprimée en mètres (m)

Voir Le champ électrique, p. 186.

Outil 16 Les formules

79

Intensité du courant électrique Voir La loi d’Ohm, p. 191.

I

q t

où

I  Intensité du courant, exprimée en ampères (A) q  Charge, exprimée en coulombs (C) t  Intervalle de temps, exprimé en secondes (s)

Tension électrique

OUTIL

Voir La loi d’Ohm, p. 192.

1 16

E U q

où

U  Tension électrique, exprimée en volts (V) E  Variation d’énergie ou énergie transférée, exprimée en joules (J) q  Charge, exprimée en coulombs (C)

Variation d’énergie électrique Voir La loi d’Ohm, p. 193.

E  UIt

où

E  Variation d’énergie, exprimée en joules (J) U  Tension électrique, exprimée en volts (V) I  Intensité, exprimée en ampères (A) t  Durée de fonctionnement, exprimée en secondes (s)

où

R  Résistance, exprimée en ohms () U  Tension électrique, exprimée en volts (V) I  Intensité du courant, exprimée en ampères (A)

Résistance Voir La loi d’Ohm, p. 194.

R

U I

Première loi de Kirchhoff Voir Les lois de Kirchhoff, p. 196.

Circuit en série : IT  I1  I2  I3 ...

Circuit en parallèle : IT  I1  I2  I3 ...

Deuxième loi de Kirchhoff Voir Les lois de Kirchhoff, p. 197.

Circuit en série : UT  U1  U2  U3 ...

Circuit en parallèle : UT  U1  U2  U3 ...

Résistances équivalentes Voir Les lois de Kirchhoff, p. 200 et 201.

Circuit en série : RT  R1  R2  R3 ...

Circuit en parallèle :

1 1 1 1    ... RT R1 R2 R3

Puissance électrique Voir La relation entre la puissance et l’énergie électrique, p. 203.

P

E t

P  UI

80

Outil 16 Les formules

où

P  Puissance, exprimée en watts (W) E  Énergie, exprimée en joules (J) t  Intervalle de temps, exprimé en secondes (s)

où

P  Puissance, exprimée en watts (W) U  Tension électrique, exprimée en volts (V) I  Intensité du courant, exprimée en ampères (A)

Taille d’une population Taille d’une population 

Nombre moyen d’individus par parcelle  Superficie totale du territoire Superficie d’une parcelle

Voir L’étude des populations, p. 366 et 367.

Nombre d’individus  Nombre total d’individus marqués capturés (2e capture) Taille d’une population  Nombre d’individus marqués recapturés

Densité d’une population Nombre d’individus Surface ou volume occupé

Voir L’étude des populations, p. 367.

Empreinte écologique d’une population Empreinte écologique d’une  population

Surfaces terrestres Surfaces terrestres Surfaces terrestres et aquatiques et aquatiques et aquatiques  utilisées pour produire  nécessaires pour occupées par des ressources pour éliminer les déchets la population la population de la population

Voir L’empreinte écologique, p. 381.

OUTIL

Densité d’une population 

1 16

Rapport d’engrenage Rapport d’engrenage 

Nombre de dents de la roue menante Nombre de dents de la roue menée

Voir Les changements de vitesse et les couples, p. 443 et 445.

1 Rapport d’engrenage = Nombre de dents de la roue menée (roue dentée)

Rapport de diamètre Diamètre de la roue menante Rapport de diamètre  Diamètre de la roue menée

Voir Les changements de vitesse et les couples, p. 444.

Vitesse de rotation d’une roue dans un engrenage Vitesse de la roue menée  Rapport d’engrenage  Vitesse de la roue menante

Voir Les changements de vitesse et les couples, p. 444 et 445.

Vitesse de la roue menée  Rapport de diamètre  Vitesse de la roue menante

Outil 16 Les formules

81

17

Le tableau périodique

OUTIL

1

Phases des éléments à conditions ambiantes

(IA) 1

1

2,20 1312 259,3 252,9

0,98 520 180,5 1342

0,93 496 97,8 882,9

sodium 22,990 0,82 419 63,5 759

0,82 403 39,31 688

rubidium 85,468 0,79 376 28,5 671

1 3,34 1,87

Cs

0,7 ~375 27 677

Fr

2 1,40 1,85

Be

12

1,31 738 650 1090

Mg

20

1,00 590 842 1484

Np

Solide

Éléments synthétiques

Liquide

He

Non-métaux

Gaz

2 1,72 1,74

2 2,23 1,55

Ca calcium 40,078

38

0,95 549 777 1382

3

21

1,36 631 1541 2832

39

1,22 616 1522 3345

56

0,89 503 727 1897

3 2,09 2,99

Sc

3 2,27 4,46

Y

22

1,54 658 1668 3287

1,33 660 1855 4409

francium (223)

88

0,9 509 700 1137

1,63 650 1910 3407

4 2,16 6,51

1,3 642 2233 4603

Hf

1,6 664 2477 4744

104 — — — —

89-103

radium (226)

24

1,66 653 1907 2671

4 2,16 13,29

73

1,5 761 3017 5458

Ta

rutherfordium (267)

105 — — — —

3 2 1,85 7,19

Cr

42

2,16 685 2623 4639

Mo

5 2,09 16,65

74

1,7 770 3422 5555

6 2,01 10,22

6 2,02 19,3

W

25

1,55 717 1246 2061

43

2,10 702 2157 4265

— —

dubnium (268)

106 — — — —

Mn

26

1,83 759 1538 2861

7 1,95 11,50

75

1,9 760 3186 5596

Re

7 1,97 21,02

107 — — — —

seaborgium (271)

27

1,88 760 1495 2927

2,2 711 2334 4150

Ru

3 4 1,89 12,44

2,2 840 3033 5012

Os

108 — — — —

bohrium (272)

Co

45

2,28 720 1964 3695

ruthénium 101,070 76

2 3 1,67 8,9

cobalt 58,933

Rh

3 1,83 12,41

rhodium 102,906

4 1,92 22,57

77

2,2 880 2446 4428

osmium 190,230 — —

Bh

3 2 1,72 7,89

Fe

44

rhénium 186,207 — —

Sg

Tc

9

(VIIIB)

fer 55,845

technétium (98)

tungstène 183,840

Db

2 4 1,79 7,3

manganèse 54,938

molybdène 95,960

tantale 180,948 — —

Rf

5 3 2,08 8,57

Nb

8

(VIIB)

chrome 51,996

niobium 92,906

hafnium 178,490 2 — 5,0

5 4 1,92 6,11

V

41

7

(VIB)

vanadium 50,942

Zr

72

57-71

Ra

23

zirconium 91,224

baryum 137,327 1 — 1,87

4 3 2,00 4,55

Ti

40

6

(VB)

titane 47,867

yttrium 88,906

2 2,78 3,5

Ba

5

(IVB)

scandium 44,956 2 2,45 2,54

Sr

4

(IIIB)

strontium 87,620

césium 132,905 87

7

1 2,98 1,53

Rb

55

6

1,57 899 1287 2471

potassium 39,098 37

5

4

magnésium 24,305 1 2,77 0,86

K

Principaux métalloïdes

C

béryllium 9,012 1 2,23 0,97

Na

19

4

1 2,05 0,53

Li lithium 6,941

11

3

2

(IIA)

Éléments naturels

S

Métaux

hydrogène 1,008 3

2

1 1 0,79 0,09

H

Ir

4 1,87 22,42

iridium 192,217 — —

Hs

hassium (270)

109 — — — —

— —

Mt

meitnerium (276)

Lanthanides 57

6

1,10 538 920 3469

58

1,12 527 798 3443

lanthane 138,905 89

7

3 2,74 6,17

La

1,1 499 1050 3200

Ac

3 — 10,07

cérium 140,116 90

1,3 587 1750 4788

actinium (227) Actinides

82

Outil 17 Le tableau périodique

3 2,70 6,77

Ce

Th

4 — 11,72

thorium 232,038

59

1,13 523 930,8 3512,8

Pr

3 2,67 6,77

praséodyme 140,908 91

1,5 568 1572 4030

Pa

5 4 — 15,37

protactinium 231,036

60

1,14 530 1021 3074

3 2,64 6,80

Nd

néodyme 144,242 92

1,7 584 1132,2 3927

U

6 4 — 19,05

uranium 238,029

61

— 536 1100 3000

Pm

3 2,62 6,47

prométhium (145) 93

1,3 597 637 4000

Np

5 — 20,25

neptunium (237)

62

1,17 543 1074 1794

Sm

3 2 2,59 7,54

samarium 150,360 94

1,3 585 639,4 3230

Pu

4 6 — 19,84

plutonium (244)

63

— 547 822 1529

Eu

3 2 2,56 5,28

europium 151,964 95

— 578 1176 2607

Am

3 4 — 13,67

américium (243)

8

Numéro atomique

3,44 1314 218,3 182,9

Électronégativité ionisation (kJ/mol) Point de fusion (°C) Point d’ébullition (°C)

O

Masse atomique (u) Masse molaire (g/mol)

Symbole

18 (VIIIA) 2

5

2,04 800 2075 4000

13

14

15

16

17

(IIIA)

(IVA)

(VA)

(VIA)

(VIIA)

1,17 2,87

B

6

2,55 1086 3527 4027

bore 10,811 13

28

1,91 737 1455 2913

11

Ni

29

1,90 745 1084,6 2562

nickel 58,693 46

2,20 805 1554,9 2963

Pd

47

1,93 731 961,8 2162

palladium 106,420 78

2,2 870 1768,4 3825

Pt

— — — —

Ds

Cu

1 1,75 10,5

Ag

4 2 1,83 21,45

79

2,4 890 1064,2 2856

Au

111 — — — —

3 1 1,79 19,32

— —

Rg

65

— 565 1356 3230

gadolinium 157,25 96

— 581 1340 3110

Cm curium (247)

3 — 13,51

3 2,51 8,23

Tb terbium 158,925

97 — 601 986 —

Bk

1,81 579 29,76 2204

1,69 868 321,1 767

80

2 1,71 8,65

3 4 — 14,00

berkélium (247)

— —

Uub

ununbium (285)

66

1,22 572 1412 2567

Dy

1,78 558 156,6 2072

1,8 589 304 1473

— 608 900 —

Cf

Tl

3 2,00 7,29

3 2,49 8,54

1 3 2,08 11,85

3 — 15,1

californium (251)

— —

ununtrium (284)

1,23 581 1470 2720

Ho

32

2,01 761 938,3 2833

1,96 708 231,9 2602

82

1,8 715 327,5 1749

— 619 860 —

Es

4 1,52 5,32

4 2 1,72 7,29

Sn

Pb

3 2,47 8,78

Uuq

2,19 1012 44,2 277

P

33

2,18 947 817 (28 atm) 614 (sublime)

einsteinium (252)

3 1,23 1,82

As

51

2,05 834 630,6 1587

Sb

83

1,9 703 271,3 1564

Bi

2,58 999 119,6 444,6

3 1,33 5,72

115 — — — —

Uup

3 5 1,53 6,61

1,25 597 1545 1950

100

Fm

fermium (257)

Tm

3 5 1,63 9,74

101 — 635 827 —

Md

3,98 1681 219,6 188,1

2,55 941 220,5 684,9

Se

52

2,1 869 449,5 988

Te

84 2,0 813 254 962

Po

— —

2 1,09 2,07

17

3,16 1256 101,5 34,04

3 2,42 9,29

2 1,22 4,79

mendélévium (258)

1 0,57 1,70

2 1,42 6,24

35

1 0,97 3,21

53

2,66 1009 113,7 184,4 (35 atm)

I

2 4 1,53 9,32

85

2,2 (926) 302 337

At

Yb

— 1520 189,3 185,8

No nobélium (259)

0,88 1,78

Ar

36

— 1351 157,4 153,2

1,03 3,741

Kr

krypton 83,798 1 1,32 4,93

54

— 1170 111,8 108,1

Xe

1,24 5,90

xénon 131,293 1 1,43 7

86

— 1037 71 61,8

Rn

1,34 9,73

radon (222) 118

— —

102 — 642 827 —

18

astate (210)

3 2 2,40 6,97

1

0,51 0,90

argon 39,948 1 1,12 3,12

2,96 1143 7,2 58,78

Ne

néon 20,180

— — — —

ununhexium (293)

— 603 824 1196

— 2080 248,6 246,1

iode 126,904

Uuh

70

10

brome 79,904

ytterbium 173,054 2 3 — —

Cl

0,49 0,18

He

hélium 4,003

chlore 35,453

116 — — — —

F

— 2372 272,2 268,9

fluor 18,998

polonium (209)

thulium 168,934 3 — —

9

tellure 127,600

69

3 2,45 9,04

2 0,65 1,43

sélénium 78,960

68

Er

S

34

bismuth 208,980 — —

O

soufre 32,065

ununpentium (288)

— 627 1527 —

16

arsenic 74,922

erbium 167,259 3 — —

3,44 1314 218,3 182,9

oxygène 15,999

ununquadium (289)

1,24 589 1529 2868

8

antimoine 121,760

2 4 1,81 11,35

114 — — — —

3 0,75 1,25

phosphore 30,974

Ge

50

holmium 164,930 99

15

plomb 207,200

Uut

67

1,46 2,33

Si

N

azote 14,007

étain 118,710

113 — — — —

3,04 1402 209,9 195,8

germanium 72,640

In

81

7

silicium 28,086

3 1,81 5,90

Ga

49

dysprosium 162,500 98

1,90 786 1414 3265

thallium 204,383

112

— — — —

14

indium 114,818

2 1 1,76 13,55

1,9 1107 38,83 356,7

3 1,82 2,70

gallium 69,723

Cd

4 2 0,91 1,8-3,5

carbone 12,011

Al

31

mercure 200,590

64

3 2,54 7,90

Zn

48

or 196,967 — —

2 1,53 7,11

cadmium 112,411

roentgenium (280)

Gd

1,65 906 419,6 907

zinc 65,380

darmstadtium (281)

1,20 593 1313 3273

30

argent 107,868

platine 195,084 110

2 1 1,57 8,96

C

aluminium 26,982

(IIB)

cuivre 63,546 2 4 1,79 12,02

1,61 577 660,3 2519

12

(IB)

2 3 1,62 8,90

Masse volumique (g/L ou g/cm3)

oxygène 15,999

Nom

10

Rayon atomique (1012 m)

OUTIL

Énergie de

1re

Charge ionique (s’il y en a plus d’une, la première est généralement la plus courante.)

2 0,65 1,43

Uuo

ununoctium (294)

71

1,0 524 1663 3402

Lu

2 2,25 9,83

lutécium 174,967 2 3 — —

— —

103 — — 1627 —

Lr

3 — —

lawrencium (262)

Notes : Les éléments présentés dans ce tableau périodique sont les éléments reconnus par le Conseil national de la recherche du Canada (CNRC) en 2008. Le nom des éléments et leurs masses atomiques proviennent de la mise à jour de l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) de 2007.

Outil 17 Le tableau périodique

83

SOURCES Légende h : haut b : bas c : centre g : gauche d : droite

Photos Couverture Chris Fertnig/Istockphoto (mèche), Olivier Le Queinec/ Shutterstock (compte-gouttes), Micro Discovery/Corbis (vis et écrou), Paul Rapson/SPL/Publiphoto (béchers, fioles et liquides), Sven Hoppe/Istockphoto (objectifs de microscope). p. 2 : Jason Smith/Shutterstock • p. 5 : Laurence Gough/Shutterstock • p. 6 : © Image Source/Corbis • p. 7 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 13 : Stephen Coburn/ Shutterstock • p. 16 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 19 : Tom Grill/Corbis • p. 23g : Éric Guadagno • p. 27 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 28 : Megapress • p. 29, 31, 33, 36, 37, 38 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 39 : Denis Gagnon • p. 41 : Arto Dokouzian • p. 42, 43 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 44h : Stephanie Colvey • p. 44c : Arto Dokouzian • p. 44b : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 45, 47, 48 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 49, 50hc : Denis Gagnon • p. 50b : Arto Dokouzian • p. 51h : Arto Dokouzian • p. 51b, 52, 53, 54 : Denis Gagnon • p. 55h : Arto Dokouzian • p. 55b, 56 : Denis Gagnon • p. 57 : Alain Pratte • p. 58g : Jaroslaw Soltysiak/Shutterstock • p. 58d : Alain Pratte • p. 59, 60 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 61 : Denis Gagnon • p. 62h : © Michael Pole/ CORBIS • p. 62b : Arto Dokouzian • p. 63 : Denis Gagnon • p. 64 : Janicke Morrissette/Le bureau officiel • p. 65b : Alain Pratte.

Illustrations p. 23d : Marc Tellier • p. 26 : Bertrand Lachance • p. 27, 38 : Marc Tellier • p. 65h, 66 : Michel Rouleau • p. 67, 68, 69, 70, 71 : Marc Tellier • p. 72, 73 : Marc Tellier et Michel Rouleau • p. 74, 75 : Marc Tellier • p. 76, 82, 83 : Michel Rouleau.

84

Sources

La collection Synergie propose une démarche souple et concrète pour aborder les quatre programmes de science et technologie de la 2e année du 2e cycle du secondaire. Elle constitue un atout majeur pour amener l’élève à développer ses compétences et à construire sa compréhension des concepts scientifiques et technologiques. De plus, Synergie permet à l’élève de mieux saisir les enjeux scientifiques et technologiques de chacune des six problématiques environnementales, par exemple les changements climatiques, l’eau potable ou la déforestation. La collection Synergie, Synergie c’est : ■

le traitement complet de tous les concepts et de toutes les problématiques environnementales des quatre programmes ;

■

des textes supplémentaires qui contextualisent les concepts au sein des problématiques (Problématiques +) ;

■

un vaste choix de situations d’apprentissage et d’évaluation inédites qui facilitent l’appropriation des démarches des quatre programmes ;

■

une grande souplesse dans la planification des apprentissages, tant pour les programmes obligatoires que pour les programmes optionnels ;

■

des contextes d’apprentissage liés aux intérêts des élèves et qui suscitent curiosité et plaisir d’expérimenter ;

■

des rappels des concepts du 1er cycle et de la 1re année du 2e cycle ;

■

un grand nombre de schémas et d’illustrations d’une grande précision ;

■

un manuel de référence OUTILS pour développer les démarches, les stratégies et les techniques au laboratoire et à l’atelier ;

■

des pistes pour l’utilisation des TIC en classe ;

■

des instruments d’évaluation variés et adaptés à la réalité de la classe ;

■

une structure claire qui favorise le développement de l’autonomie de l’élève.

Les composantes de la collection Synergie 2e cycle du secondaire • 2e année ■ ■

Manuel de l’élève Manuel de référence OUTILS

■ ■

Guide d’enseignement ST STE Guide d’enseignement ATS SE

ISBN 978-2-7652-0795-5

CHENELIÈRE ÉDUCATION