La population mondiale va continuer à croitre et aspirera à un meilleur niveau de vie en consommant, pour de nombreux habitants de la planète plus d’énergie, quand d’autres devront consommer moins. Parmi les moyens de production d’électricité, le nucléaire est dans le peloton de tête en termes de faible production de CO₂par kWh et c’est un moyen de production pilotable. Christophe Behar montre qu’un mix énergétique souhaitable regroupant renouvelables et nucléaire est possible. Au-delà des Réacteurs à Eau Légère (REL), le contrat de filière avec l’État prévoit la mise en place de quelques Réacteurs à Neutrons Rapides (RNR) avant la fin du siècle, car cette technologie permet non seulement d’économiser fortement la ressource en uranium naturel, mais aussi de recycler parties des combustibles usés et de simplifier la gestion des déchets de très haute réactivité à vie longue.

L'aspect temps nécessaire de la transition énergétique est examiné par Monsieur Gregory de Temmerman ainsi que d’autres aspects importants à considérer pour la nécessaire transition à venir : l’acceptabilité sociale des différentes technologies, la gestion des déchets, les besoins en matériaux, l’occupation des sols… Ces sujets de controverse rendent l’adoption et la réalisation de grands projets difficiles et longs dans un contexte d’urgence climatique croissante. Différents exemples sont exposés.

Face à aux enjeux énergétiques et environnementaux du siècle, Benjamin Tincq montre comment les progrès technologiques et l’entreprenariat jouent un rôle décisif et présentent les facteurs clés du développement des « climate tech » et comment l’Europe peut se positionner face aux États-Unis et à la Chine.

Les discussions autour des transitions énergétiques souvent centrées sur le type de sources d’énergie négligent généralement le temps nécessaire pour mettre en place les technologies associées et les limites sur ce qui est physiquement possible.

Esquisser le paysage énergétique est un exercice indispensable pour élaborer des politiques énergétiques ou des stratégies d’entreprise qui par nature requièrent des temps de mise en œuvre. Après les nombreuses ruptures dues au contexte sanitaire de l’année 2020, comment envisager le paysage énergétique à long terme ? Comment caractériser les systèmes énergétiques auxquels nos sociétés aspirent ? Quels cheminements cohérents sont envisageables et souhaitables et quelles politiques les favoriseront ?

C’est à ces questions que tente de répondre Monsieur Jean-Eudes Moncomble du Conseil Français de l’Énergie.

Faire de l’énergie avec de l’eau sale ? Oui, c’est possible. Et pas seulement de l’énergie, mais aussi des molécules intéressantes pour la bioéconomie. Tout cela avec l’aide des micro-organismes. C’est la bioélectrochimie, qui donne un avenir aux déchets.

«La levure s’ennuyait: on ne lui demandait, depuis des millénaires, que des tâches de routine, du pain, du vin, de la bière [...] quand, un beau jour ensoleillé de l’automne 1991, des biologistes lui demandèrent de l’aide pour fabriquer des tonnes d’hydrocortisone à un prix défiant toute concurrence. »

De nos jours l'hydrocortisone est produite à l'échelle industrielle par un procédé chimique multi-stade précédé par une étape de bioconversion. En 2003 a été publiée et brevetée la reconstruction dans la levure de boulangerie de la voie biosynthétique complète qui permet la synthèse de l'hydrocortisone dans les surrénales des mammifères. Depuis, les efforts n'ont pas cessé pour traduire cette avancée scientifique en une réalité industrielle.

Dans ce chapitre nous allons présenter brièvement le rationnel, la stratégie, les approches et les moments forts de cette véritable saga à rebondissements qui a représenté pour les équipes impliquées un défi de grande ambition : convertir un humble micro-organisme en une véritable usine biotechnologique.

La mesure de l’indice de réfraction d’un liquide avec le réfractomètre d’Abbe est présentée sur l’exemple du butan-1-ol. Puis le résultat avec son incertitude est commenté et interprété par comparaison à la valeur des tables. L’utilisation de l’écart normalisé z-score est faite conformément aux nouveaux programmes des classes terminales et du supérieur. Le principe théorique de cette mesure en lien avec des rappels du cours d’optique sur l’indice de réfraction et les primes termine la vidéo.

Omniprésents dans notre quotidien, les plastiques sont pourtant apparus très récemment dans l’histoire des techniques. Leurs propriétés particulières en ont fait des matériaux révolutionnaires, mais se révèlent aujourd’hui terriblement problématiques quand ils sont dispersés dans la nature. Intéressons-nous de façon plus fine à ces matériaux… pour éviter les raccourcis et les idées reçues : par exemple, le problème vient-il du matériau ou de son utilisation ? Pour outiller leur esprit critique, les élèves sont amenés dans cette séquence à étudier les matières plastiques pour démêler le vrai du faux, modéliser leur structure puis les comparer à différents matériaux de la manière la plus rigoureuse possible.

Cycle 2 – Questionner le monde, français
Questionner le monde : Qu’est-ce que la matière ?
Français : Langage oral

Cycle 3 – Sciences et technologie, français, géographie
Sciences et technologie : Matière, mouvement, énergie, information (décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique), Matériaux et objets techniques (identifier les principales familles de matériaux)
Français : Langage oral
Géographie : Consommer en France (CM1), Mieux habiter (CM2), Habiter une métropole (6eme)

Notions et contenus : différentes familles de matériaux, structure des polymères, propriétés des matériaux plastiques.

Objectifs : Réaliser que nous avons besoin de définir un critère discriminant pour trier de façon pertinente. Fabriquer un matériau, puis étudier ses caractéristiques. Modéliser pour expliquer les phénomènes observés. Modifier les caractéristiques d’un matériau en utilisant une charge. Se rendre compte de la quantité de matériaux plastiques qui nous entourent et se questionner sur leurs utilisations. Identifier les familles de matériaux plastiques à l’aide d’une clé de détermination

• Étape 1 : Quels matériaux nous entourent ?
• Étape 2 : Comment sont structurés les plastiques ?
• Étape 3 : Pourquoi sommes-nous entourés de tant de plastiques ?
• Étape 4 : Le ou les plastiques ?
• Étape 5 : Un monde sans plastique ?
   

 Séquence Matériaux plastiques - cycle 2 (lien externe)

Séquence Matériaux plastiques - cycle 3 (lien externe)

Formez-vous avec les tutoriels suivants :

La révolution plastique (lien externe)

Le ou les plastiques ? (lien externe)

Vidéo Fabrication du slime : mode d’emploi pour la classe

Vidéo Comprendre la structure du slime - modélisation

Vidéo Comprendre la structure du slime - Du jeu de rôle à la modélisation

Vidéo Billes de sciences #37 - Les propriétés des plastiques

Dans cette séquence, les élèves mobilisent leurs connaissances sur les mélanges et vont mettre en œuvre une démarche expérimentale afin de séparer un mélange complexe (eau sale). Puis, ils s’approprient le fonctionnement d’une station d’épuration. Enfin, ils se posent des questions sur les notions de potabilité et de pureté de l’eau, en analysant la composition d’une eau minérale.

Cycle 3 – Sciences et technologie
Matière, mouvement, énergie, information : décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique
Notions et contenus : différents types de mélanges, techniques de séparation
Objectifs : Émettre des hypothèses et mettre en œuvre une démarche expérimentale afin de les vérifier. Découvrir le fonctionnement d’un édifice technique et le modéliser. Aborder la notion de particule microscopique et définir un corps pur en opposition à un mélange.

• Etape 1 : Comment nettoyer un échantillon d’eau sale ?
• Etape 2 : Découverte du fonctionnement d’une station d’épuration
• Etape 3 : Une eau limpide est-elle potable ? Pure ?

 Séquence L’eau, une ressource rare à protéger (lien externe)

Vidéo Billes de sciences #3 - La dissolution

Vidéo Billes de sciences #7 - Mélanges de liquides

Dans cette séquence, les élèves découvrent et réalisent différents types de mélanges. Ils les observent et les décrivent avec un vocabulaire précis. Puis, ils cherchent à comprendre pourquoi l’huile flotte toujours sur l’eau et consolident les connaissances acquises en relevant le défi de la tour de liquides. Enfin, les élèves découvrent les mélanges complexes qui les entourent.

Cycle 3 – Sciences et technologie
Matière, mouvement, énergie, information : décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique
Objectifs : Découvrir les notions de mélanges homogènes, hétérogènes et une technique de séparation d’un mélange. S’approprier le vocabulaire permettant de décrire un mélange. Aborder les notions de miscibilité et de non-miscibilité. Identifier et comprendre les relations de cause à effet. Observer l’influence d’un paramètre expérimental sur un mélange. Suivre un protocole. Introduire les notions de masse volumique et de densité.
Notions et contenus : différents types de mélanges, techniques de séparation

• Étape 1 : Mélanges de solides et de liquides simples
• Étape 2 : Autour de la notion de densité
• Étape 3 : Défi – La tour de liquides
• Étape 4 : Les mélanges complexes de la vie courante

 Séquence À la découverte des mélanges (lien externe)

Vidéo Billes de sciences #3 - La dissolution

Vidéo Billes de sciences #7 - Mélanges de liquides