Soutenance mémoire
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Les travaux pratiques sur l’alcool en classe de terminale
Les objectifs et contenus de cours cités ci-dessus impliquent la réalisation d’expériences sur la préparation de l’alcool par hydratation de l’alcène et la fabrication de l’éthanol par fermentation de glucose, sur l’oxydation de l’alcool par le sodium métallique et par les oxydants doux comme l’acide chromique, et surtout sur les tests d’identification de la classe d’alcool suivant les produits de son oxydation.
Mais en général, les enseignants n’arrivent pas à réaliser toutes ces manipulations. Des obstacles comme le temps pour terminer le programme, l’insuffisance de matériels et de produits chimiques,…, surviennent durant la séance d’enseignement de l’alcool, ces problèmes d’ordre structurel, à savoir l’insuffisance de laboratoire, de matériels, et surtout de produits chimiques étant malheureusement permanent dans les Lycées de Madagascar. Citons par exemple le cas du Lycée où nous avons fait le stage en responsabilité. Le professeur a l’habitude d’exclure la séance de travaux pratiques pendant l’enseignement-apprentissage de une chapitre alcool. Cela lui permet de gagner du temps. D’ailleurs, il n’y aura pas de produits chimiques suffisant pour cela au laboratoire, dit-il.
Nous avons fait une étude sur la faisabilité de ces travaux pratiques sur l’alcool au niveau secondaire. Les problèmes des travaux pratiques sur le chapitre alcool à Madagascar sont détaillés dans le paragraphe qui suit.
Etude sur la faisabilité des travaux pratiques sur l’alcool en classe de terminale
Comme il a été déjà susmentionné, le problème de l’enseignement expérimental à Madagascar se situe, entre autres, au niveau de l’insuffisance de matériels et de produits chimiques.
Par exemple, si on tient vraiment à faire tous les travaux pratiques sur l’alcool, l’établissement devrait posséder les produits chimiques suivants :
Pour la réaction des alcools sur le sodium métallique : il faut posséder le sodium métallique et les trois classes d’alcool.
Pour les tests d’identification de classe d’alcool : il faut avoir non seulement les réactifs comme le DNPH, le réactif de Schiff, la liqueur de Fehling, ainsi que les agents d’oxydation comme l’acide chromique ; mais aussi les alcools (primaire, secondaire et tertiaire) qu’on doit tester.
Pour la préparation de l’alcool par hydratation de l’alcène : il faut au moins avoir un alcène comme, par exemple, un propène.
Sans parler des matériels au laboratoire, ces produits chimiques coûtent déjà très cher et l’établissement n’arrivera pas à les acheter, compte tenu du faible budget dont dispose les écoles publiques à Madagascar. De plus ils sont difficiles d’accès, il faut les importer.
A cause de ces contraintes, les enseignants ne font pratiquement pas de l’expérience pendant l’enseignement-apprentissage du chapitre alcool. Par conséquent, la réalisation de tous les travaux pratiques sur l’alcool niveau secondaire à Madagascar reste au plan théorique.
Face à ces problèmes, l’éthanol local existe quand même dans n’importe quelle région de Madagascar, du moins l’éthanol pur est accessible à la pharmacie, par exemple. Cela nous pousse d’utiliser le toaka gasy pendant l’enseignement-apprentissage de l’alcool. Quelle chimie de l’alcool peut-on alors exploiter à partir de l’éthanol ?
La chimie de l’alcool à partir de l’exploitation de l’éthanol
Comme les établissements scolaires à uneMadagascar n’arrivent pas à acheter les produits chimiques pour la réalisation de travaux pratiques sur l’alcool, nous suggérons d’utiliser l’éthanol pour l’enseignement-apprentissage car, comme nous l’avons mentionné ci-dessus, l’éthanol est relativement le plus accessible à Madagascar.
La question qui se pose est alors : quelle chimie de l’alcool peut-on exploiter à travers l’éthanol ? D’abord, la synthèse industrielle de l’alcool par fermentation peut s’observer localement en faisant une visite de lieu de fabrication de l’éthanol en usine ou en élaborant un film sur la fabrication de l’éthanol local de Madagascar, car il est clair que ce dernier est difficile à accéder du fait de son interdiction officielle.
Ensuite, le précipité jaune caractère commun de produits d’oxydation des alcools primaires et alcools secondaires en présence de DNPH peut s’observer en réalisant une oxydation de l’éthanol. La teinte rose violacée de produit d’oxydation des alcools primaires en présence de réactif de Schiff se voit en testant le produit d’oxydation de l’éthanol avec le réactif de Schiff.
Les réactifs comme le DNPH, le réactif de Schiff sont considérés comme des produits de base qu’un laboratoire de chimie devrait quand même posséder.
En tenant compte des idées citées ci-dessus, nous avons deux raisons majeures pour consacrer un chapitre pour l’étude particulière de l’éthanol :
Premièrement, l’éthanol fait bien partie du contenu du programme de la classe de terminale. Le programme exige de donner aux élèves la préparation de l’éthanol par fermentation, d’évoquer l’importance économique de l’éthanol.
Deuxièmement, la difficulté d’accès aux autres classes de l’alcool (alcool secondaire et tertiaire) à Madagascar, nous permet d’exploiter l’éthanol qui est omniprésent dans la société malgache.
Etude chimique de l’éthanol
L’éthanol est un liquide incolore, de densité 0,8. Son indice de réfraction est égal à 1,362. Le point d’ébullition de l’éthanol est 78,35°C et la température de solidification est de -115°C. Son pouvoir calorifique atteint 21200 kJ/l. Cette valeur est presque proche de celle de l’essence qui est égale à 31800 kJ/l.
L’éthanol est miscible en toute proportion13 dans l’eau. Cette miscibilité se fait en deux citati façons : avec dégagement de chaleur qu’on peut constater avec un thermomètre et avec contraction de volume.
Propriétés chimiques
L’éthanol fait partie de la classe de l’alcool primaire, constitué par une chaine de deux carbones dont la formule chimique est : CH3CH2OH.
Comme tous les alcools, l’éthanol possède sa réactivité particulière avec les réactifs tels qu’une base, un acide, un oxydant.
Réaction de l’éthanol avec une base et un acide
L’éthanol est un amphotère ; il joue le rôle d’un acide en présence d’une base et celle de base en présence d’un acide.
Il se produit une rupture de liaison entre O et H en milieu basique. L’hydrogène de la liaison –OH présente une certaine labilité, ou aptitude de se laisser arracher par une base sous la forme H+, avec formation de l’ion alcoolate : Cet équilibre n’est cependant déplacé significativement dans le sens 1 qu’en présence de base forte. Ce caractère acide des alcools décroît des alcools primaires aux secondaires et de ceux-ci aux tertiaires, cela est dû à l’effet inductif répulsif des groupes alkyles.
Préparation de l’éthanol par fermentation
La fermentation alcoolique est une réaction biologique catalysée par des enzymes. Elle est l’œuvre de levures qui sont généralement des saccharomyces et dans certaines conditions des schizosaccharomyces. Au cours de cette réaction, les sucres fermentescibles du milieu fermentaire ou mout se transforment en éthanol.
En plus de l’œuvre de ces levures, l’eau occupe aussi un intérêt très important lors de la fermentation par leur apport en sels dissous ou minéraux. La composition minéralogique de l’eau dépend de leur origine : les eaux de profondeur ont un fort taux de minéralisation, alors que les eaux de surface sont moins minéralisées.
La complémentation de mout se fait par apport d’éléments nutritionnels, en particulier l’azote qui au cours de la transformation de sucre en alcool, donne aux levures des conditions de déficiences. L’azote à apporter est souvent sous forme de sulfate d’ammonium.
L’insuffisance de l’acidité de mout, dès le début de la fermentation, favorise la multiplication de l’activité bactérienne préjudiciable à la qualité des produits obtenus. Ainsi, cette bactérie active les métabolismes secondaires au dépens de la production d’alcool par les levures ; ce procédé peut entraîner une autolyse de la levure donc il faut acidifier le milieu à fermenter.
Importance économique de l’éthanol
A part les utilités de l’éthanol comme boisson alcoolique, comme stérilisant en médecine, comme solvant en chimie, l’éthanol sert d’antidétonant (pour améliorer l’indice d’octane de l’essence). Il est ajouté dans l’essence généralement en faible proportion (jusqu’à 5%).
Mais l’éthanol peut aussi remplacer entièrement le carburant. En effet, Nikolaus Otto, l’inventeur de moteur à explosion avait conçu son invention pour utiliser de l’éthanol. La Ford T, par exemple, (produite entre 1903 et 1926) roulait à l’éthanol.
Les voitures actuelles acceptent jusqu’à 15% d’alcool sans nécessité vraiment d’intervention. En revanche, pour rouler aux 85% d’alcool, les moteurs ont besoin d’un dispositif supplémentaire qui ajuste en permanence l’injection et l’allumage en fonction du taux précis d’alcool présent. Au Brésil, une soixantaine de modèles sont déjà proposés à la vente. Mais il est possible de faire transformer un véhicule par un garagiste.
Les Etats-Unis et le Brésil sont les deux grands producteurs d’éthanol ; ils produisent 16 milliards et 15,5 milliards de litre en 2005.
Il faudrait savoir que : pour alimenter en éthanol les 36 millions de véhicules en France, il faudrait augmenter de 9400% les surfaces cultivées de blé et 420% celle de betterave ; ce qui est impossible.
Il a été estimé aussi que, sur la base de consommation de 2004, il faudrait des surfaces de production couvrant six fois de la surface terrestre si on voulait remplacer tous les carburants fossiles par le bio carburant.
Mais il pourrait en théorie être un eldorado pour quelques pays précis. Par exemple, Madagascar, relativement peu peuplé, et ne consomme que 12000 barils de pétrole par jour. Ce qui est équivalent aux biocarburants obtenus dans 4000km2 de jatropha, ce qui ne parait pas irréaliste car cette surface n’occupe même pas le 1% de la surface du pays.
Effet des alcools sur l’organisme
La consommation excessive de l’alcool peut provoquer la cirrhose de foie, un cancer, un trouble de système nerveux, et le plus grave le syndrome d’alcoolisation de fœtale.
Quand l’alcool, est pris avec modération, une enzyme intervient pour transformer l’alcool en un produit non toxique qui sera éliminé.
Mais quand on boit plus que de raison, cette première enzyme est rapidement dépassée dans ses capacités de dégradation de l’alcool. Ainsi, une autre enzyme se forme pour produire un produit intermédiaire, qui est cependant lui aussi toxique pour l’organisme. C’est ce produit intermédiaire qui est le responsable des rougeurs et des vomissements d’après boire.
Ainsi, une troisième ligne de défense se met en route et transforme le composé intermédiaire en un composé plus inoffensif.
Recueil des représentations sur l’alcool et le toaka
Cette rubrique précise les définitions, les significations, les utilisations de l’alcool et du toaka que les élèves connaissent. Chaque réponse est suivie d’une interprétation.
Comme ces élèves n’ont pas encore appris le concept alcool à l’école, les questions visent à apprécier leur capacité à se rappeler de ce qu’ils voient comme alcool dans la vie, à quoi ils rattachent l’alcool.
Qu’évoque le mot alcool pour les élèves ?
La question concernant l’alcool, que nous avons posé aux élèves, ne sollicite pas de leur part l’utilisation d’une loi ou d’une logique. La question est posée comme suit : « Quand vous entendez le mot alcool, quelles sont les idées qui viennent dans votre tête ? ».
A cette question, on s’attend aux deux réponses suivantes: « l’alcool est une substance chimique qui soigne les blessures » et «l’alcool est la substance chimique qui se trouve dans les boissons alcooliques ».
Comme dans toutes les questions ouvertes, les réponses données par les élèves sont beaucoup plus diversifiées. A cette première question, il y a au total 94 réponses.
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Table des matières
Première partie : ETUDE THEORIQUE
I- NOTION DE REPRESENTATION
1- Définitions
2- Origine des représentations
3- Impact des représentations dans l’enseignement-apprentissage
II- OUTIL DIDACTIQUE MULTIMEDIA
II- 1- Définition de l’outil didactique multimédia
II- 2- Exemple d’outils didactiques
II- 3- Exigence de l’éducation à l’image et l’éducation au multimédia
II- 4- Historique de l’outil didactique multimédia
II- 5- Les avantages pédagogiques d’un film
II-6- Inconvénient d’un film pédagogique
III- ANALYSE DU PROGRAMME OFFICIEL SUR LE THEME « ALCOOL »
III-1- Présentation des objectifs et des contenus du programme
III-2- Les travaux pratiques sur l’alcool en classe Terminale
III-3- Etude sur la faisabilité des travaux pratiques sur l’alcool
III-4- La chimie de l’alcool à partir de l’exploitation de l’éthanol
IV- ETUDE CHIMIQUE DE L’ETHANOL
IV- 1- Propriétés physiques
IV-2- Propriétés chimiques
IV-2-1- Réaction avec une base et un acide
IV-2-2- Réaction avec les acides carboxyliques
IV-2-3- La déshydratation de l’éthanol
IV-2-4- Oxydation de l’éthanol en présence d’oxydants usuels
IV-3- Classe de l’éthanol : tests d’identification
IV-4- Préparation de l’éthanol
IV-5- Importance économique de l’éthanol
IV-6- Effet de l’alcool dans l’organisme une citati
Deuxième partie : ELABORATION D’UNE FICHE PEDAGOGIQUE ET D’UN FILM SUR LE CHAPITRE ALCOOL
I- Méthodologie
I-1- L’enquête
I-2- L’entretien
I-3- Exploitation des données
I-3-1- Recueil des représentations des élèves sur l’alcool et le toaka
I-3-2- Recueil des représentations des élèves sur le toaka gasy
II- L’outil didactique pour enseigner l’alcool
II-1- Contenu de la fiche pédagogique
II-1-1- Présentation des objectifs pédagogiques
II-1-2- Fiche de préparation de cours sur l’alcool
II-2- Le film sur le TG
II-2-1- Les étapes de réalisation du film
A- Le film sur la production de TG
B- Le film sur les tests au laboratoire
C- La numérisation du film
1- Les logiciels utilisés
2- Les prototypes de l’élaboration de film sur CD
2-a- Le scenario pédagogique
2-b- Présentation des différents acteurs
2-c- Conception d’une mise en scène Plan du film
Le script du scenario
II-2-2- Document d’accompagnement
CONCLUSION
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