I - Quelques propriétés des matériaux (durée conseillée 10 h)

I-1 - Divers matériaux : exemple des emballages (4 h)

Dans un premier temps, l’objectif est de sensibiliser les élèves à la diversité des matériaux de notre environnement quotidien et à la diversité de leurs propriétés. Cette sensibilisation peut être faite avantageusement sous forme de recherches documentaires menées par les élèves, suivies éventuellement d’exposés devant la classe.
Après une brève présentation des matériaux en général, on centrera l’étude sur le thème des emballages de produits alimentaires, en particulier ceux des boissons. Ce thème présente plusieurs avantages :
- les élèves sont intéressés par des objets qu’ils côtoient tous les jours ;
- les matériaux présentent une bonne diversité : verres, plastiques, métaux, cartons, matériaux composites ;
- les élèves sont amenés à prendre en compte l’importance de nombreuses propriétés : qualités mécaniques, physiques,  esthétiques, coût, inertie chimique vis-à-vis du contenu, aptitude au recyclage.
- il permet, sur l’exemple des tests de reconnaissance de matériaux, de montrer l’intérêt d’un travail méthodique.

Commentaires   

On différenciera par des tests quelques matières plastiques usuelles. Un objectif est d’amener les élèves à ne plus parler “du plastique”, mais des matières plastiques.
Les métaux utilisés dans le domaine alimentaire sont essentiellement l’aluminium et le fer (en fait, l’acier). Les tests proposés permettent de les différencier. Un objectif important est d’amener les élèves à utiliser un vocabulaire précis, notamment à ne pas utiliser “fer” et “métal” comme des synonymes.
En SVT, le terme matériau est utilisé pour des substances inertes (non vivantes), produites par la nature ou les actions humaines : divers minéraux, le bois, la cellulose... La distinction y est, de plus, souvent faite entre matériaux “naturels ” (ceux qui étaient déjà à la disposition de l’homme de Cro Magnon) et matériaux “artificiels”, pour lesquels l’implication humaine de transformation est plus ou moins importante. Il est intéressant de noter que, du point de vue de la physique et de la chimie, il n’y a pas de différence entre un matériau présent dans la nature et un matériau produit par l’industrie humaine.
Parmi les nombreux critères de choix d’un matériau pour un usage donné, apparaît le critère de sa réactivité chimique. En particulier, dans le cas d’un emballage alimentaire, une préoccupation essentielle est celle de son absence de réactivité vis-à-vis de l’air extérieur d’une part, de son contenu d’autre part. Cette problématique ne sera pas encore développée en A1 dans la mesure où elle constitue le fil conducteur de la rubrique A2 (comportement chimique des matériaux).

I-2 - Matériaux et électricité (6 h)

L’existence des atomes étant rappelée aux élèves, une introduction historique doit leur faire prendre conscience que le modèle de l’atome qui leur est présenté est le fruit des efforts de plusieurs générations de scientifiques.
La poursuite de la présentation du modèle de l’atome donné au cycle central conduit à introduire la notion de charge électrique, notion fondamentale à la base aussi bien de l’interprétation des propriétés physiques des matériaux que de leur réactivité chimique.
Un modèle possède une valeur explicative limitée dans un champ d’application déterminé :
- En un premier temps, le programme de quatrième introduit le modèle moléculaire afin d’expliquer les propriétés des liquides, solides et gaz, sans décrire la constitution de la molécule puisque la connaissance de celle-ci ne joue pas encore un rôle déterminant dans l’explication des propriétés décrites.
- Toujours en classe de quatrième, dans un deuxième temps, le modèle précédent est amélioré en présentant la molécule comme constituée d’atomes ce qui permet de donner une interprétation de la réaction chimique sans avoir à décrire la structure interne de l’atome.
- En classe de troisième, on présente l’atome comme constitué d’un noyau entouré d’électrons. La structure de l’atome permet d’abord d’expliquer la conduction du courant électrique dans les métaux et dans les solutions. Plus loin (A2), le concept d’ion permet d’expliquer la réaction des solutions acides avec les métaux.
Le modèle simple proposé ne prétend pas être une représentation définitive de la réalité : l’élève doit savoir qu’il rencontrera dans la suite de ses études des modèles de l’atome plus élaborés, plus “performants ” en ce sens qu’il permettent de rendre compte d’un plus grand nombre de faits expérimentaux .

Commentaires

Il n’est pas demandé de donner la composition du noyau. Ce qui importe est de faire mémoriser des caractéristiques de l’atome que l’étude de modèles plus élaborés ne remettra pas en cause :
- la charge positive de l’atome et sa masse sont concentrées au centre de celui-ci dans une région appelée noyau ;
- la charge négative est répartie dans le cortège électronique qui entoure le noyau ;
- les dimensions de l’atome sont de l’ordre du dixième de nanomètre ;
- les dimensions du noyau sont environ 100 000 fois inférieures. (1)
La signification des mots “anion” et “cation” pourra être donnée si l’occasion incite à le faire (lecture d’une étiquette d’eau minérale par exemple) mais elle n’a pas à être connue des élèves.
(1) Les dimensions citées sont de simples ordres de grandeur, à une puissance de dix près. Elles dépendent bien entendu de la nature de l’atome considéré