SCT-4061-2 Le défi énergétique

Fondé sur des modes de représentation géométrique conventionnels et relativement indissociables de l’invention et de l’innovation, le dessin technique est un langage qui permet de préciser, de fixer et de matérialiser sa pensée. Conformément aux règles relatives à leur représentation, certains dessins renferment aussi des informations en rapport avec les standards de l’industrie.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.119)

Représenter les composants et les connexions liés au fonctionnement d’un circuit électrique, à l’aide des symboles appropriés.

La conception ou l’analyse du circuit électrique ou électronique d’un objet technique ou d’un système technologique repose sur l’appropriation de concepts fondamentaux liés à l’électricité et à l’électronique et sur des pratiques de conception et d’analyse propres à l’ingénierie. La maîtrise de ces concepts rend la personne apte à choisir les bons composants et à les agencer de manière appropriée.Un tel bagage technique permet de déterminer ou de justifier l’utilisation de formes et de matériaux, de trouver ou d’expliquer des principes de fonctionnement et d’adopter ou de faire ressortir des solutions de construction.De nombreux objets, systèmes et équipements liés à l’environnement comportent certains des éléments caractéristiques mentionnés ci-dessous.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.120)

La lithosphère renferme une grande variété de ressources minérales essentielles au développement des sociétés, qu’il s’agisse de métaux, de minéraux industriels ou de matériaux de construction.Les moteurs à combustion et les centrales thermiques brûlent des combustibles fossiles qui constituent des sources d’énergie épuisables, tout comme les minerais radioactifs exploités dans les centrales nucléaires. La recherche de nouvelles sources d’énergie et l’utilisation de ressources renouvelables sont deux préoccupations des sociétés actuelles.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.123)

Distinguer un minéral d’un minerai.Décrire des impacts environnementaux de l’exploitation ou de la transformation de minéraux.

Décrire des moyens technologiques utilisés par les humains pour produire de l’électricité à partir des ressources énergétiques de la lithosphère.Décrire les principaux impacts de l’exploitation des ressourcesénergétiques de la lithosphère.

L’ensemble des activités humaines menées sur un bassin donné peut perturber les écosystèmes, par exemple la création d’un réservoir en amont du barrage d’une centrale hydroélectrique.Qu’il s’agisse des courants marins ou des marées, le déplacement des masses d’eau implique de grandes quantités d’énergie. Les centrales marémotrices, notamment, tirent profit de la force des marées afin de produire de l’énergie électrique.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.124)

Décrire des moyens technologiques utilisés par les humains pour produire de l’électricité à partir des ressources énergétiques de l'hydrosphère.Décrire les principaux impacts de l’exploitation des ressourcesénergétiques de l'hydrosphère.

La force du vent offre des avantages. Que ce soit pour se déplacer, effectuer un travail mécanique ou produire de l’énergie électrique, l’homme exploite l’énergie liée au vent au moyen de voiles et de pales dont les matériaux, les formes et les dimensions varient selon les besoins. L’énergie éolienne représente une abondante source d’énergie douce.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.124) 

Décrire des moyens technologiques utilisés par les humains pour produire de l’électricité à partir des ressources énergétiques de l'atmosphère.Décrire les principaux impacts de l’exploitation des ressourcesénergétiques de l'atmosphère.

Le Soleil émet une quantité phénoménale d’énergie dans tous les domaines du spectre électromagnétique. Depuis longtemps, l’homme utilise la chaleur associée au rayonnement solaire pour répondre à ses besoins. Les capteurs photovoltaïques des panneaux solaires transforment l’énergie rayonnante en énergie électrique.L’influence gravitationnelle de la Lune sur les masses d’eau à la surface de la Terre est en grande partie à l’origine du phénomène des marées. La force engendrée par les mouvements de l’eau est exploitée dans les centrales marémotrices.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.124)

Décrire les principaux facteurs qui influent sur la quantité d’énergie solaire reçue à la surface de la Terre (ex.: réflexion et absorption de l’énergie solaire par l’atmosphère ou les surfaces).

Décrire le phénomène des marées à l’aide de l’effet gravitationnel du système Terre-Lune.

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Au cours de l’histoire, différents modèles d’organisation de la matière ont été proposés pour expliquer ses propriétés et ses transformations. La classification dans le tableau périodique permet de mettre en évidence les éléments ayant des propriétés semblables. Les propriétés des métaux, des non-métaux et des métalloïdes sont à l’étude.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.121)

La connaissance de la matière présente dans l’environnement passe aussi par l’exploration de ses propriétés électriques. En effet, des charges électriques peuvent apparaître sur certaines matières neutres à la suite de leur frottement avec un objet constitué d’une autre matière. L’apparition de charges électriques s’explique par la mobilité des charges négatives (les électrons) et par leur accumulation à la surface de certaines substances. L’affinité de différents matériaux pour les électrons permet d’expliquer plusieurs phénomènes électriques observés dans la vie quotidienne. Certains éléments et matériaux sont de bons conducteurs d’électricité. Ils sont utilisés pour transmettre le mouvement des électrons dans des circuits électriques. Certains éléments des circuits transforment également une partie de l’énergie électrique en une autre forme d’énergie. Des relations sont établies entre l’énergie électrique consommée et la tension du circuit, l’intensité du courant et le temps d’utilisation. Quant à la puissance électrique d’un appareil, elle est déterminée par sa consommation d’énergie par unité de temps. À ces grandeurs sont associées des unités de mesure.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.121)Note : En électricité, le travail sur des circuits mixtes n’est pas exigé. L’étude de la loi de Coulomb s’effectue de manière qualitative et quantitative.

La connaissance de la matière passe également par l’exploration de ses propriétés magnétiques. Certains types de matière ont la propriété de créer un champ magnétique. Des pôles de même nom se repoussent alors que des pôles de noms différents s’attirent. Un courant électrique engendre aussi un champ magnétique, que le fil soit droit ou enroulé. Par convention, les lignes du champ magnétique engendrées par un aimant, qu’il soit naturel ou artificiel, sont déterminées par l’orientation (direction et sens) du pôle Nord de l’aiguille d’une boussole placée dans le même champ. L’identification rapide du sens des lignes de champs magnétiques peut être effectuée en appliquant les règles de la main droite ou de la main gauche, selon que l’on choisit de considérer le sens conventionnel du courant ou le sens réel du mouvement des électrons.Note : Seuls les aspects qualitatifs sont abordés.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.122)

L’énergie est présente dans l’environnement sous diverses formes. Quelle que soit cette forme, elle correspond au travail qu’un système est susceptible de produire. Ce travail implique une force et un déplacement. Avec des moyens appropriés, il est possible de convertir une forme d’énergie en une autre.Dans un système isolé, l’énergie totale est conservée au cours de ces transformations. Si le système n’est pas isolé, il perd une certaine quantité d’énergie qui est récupérée par le milieu et les systèmes extérieurs avoisinants.Un corps chaud a une capacité d’action particulière : en se refroidissant, il provoque le réchauffement d’un corps plus froid avec lequel il est en contact.Note : Seuls les aspects qualitatifs des transformations d’énergie sont traités.(Programme de la FBD, Science et technologie, p.123)

Expliquer qualitativement la loi de la conservation de l’énergie.Appliquer la loi de la conservation de l’énergie dans divers contextes.

Définir le rendement énergétique d’un appareil ou d’un système comme étant la proportion de l’énergie consommée qui est transformée en travail efficace (quantité d’énergie utile/quantité d’énergie consommée x 100).Expliquer comment améliorer le rendement énergétique d’un appareil électrique.

Décrire la chaleur comme étant une manifestation de l’énergie.Décrire le lien entre la chaleur et la température.

Utiliser le matériel de façon sécuritaire.

Inscrire toutes les informations nécessaires pour expliquer le fonctionnement ou la construction d’un objet.

Utiliser des outils de façon sécuritaire (ex.: faire les ajustements d’un circuit électrique lorsque le courant ne circule pas, conserver un espace de travail dégagé).

Dans le cas de circuits électriques, identifier et rassembler les composants électriques.Choisir et agencer les composants électriques en fonction du schéma du circuit.Relier les composants à l’aide de fils, de connecteurs ou de soudures.Dans le cas de circuits électroniques, identifier et rassembler les composants électroniques (ex.: relier les composants sur une plaque de circuits imprimés).Choisir et agencer les composants électroniques en fonction du schéma du circuit.Effectuer les opérations requises pour le démontage d’un circuit électrique (ex.: utiliser une poire à dessouder pour enlever une soudure.