GUIDE DE L ENSEIGNANT. Techniques. de séparation des mélanges

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1 GUIDE DE L ENSEIGNANT Techniques de séparation des mélanges

2 Aperçu Maintenant que les élèves connaissent le défi que leur lance SILA JEUNESSE et savent comment distinguer les transformations physiques et chimiques, ils doivent acquérir de nouvelles connaissances sur les mélanges et les techniques de séparation. C est la dernière étape avant la création de leur propre protocole, la tenue de leur expérience et la présentation de leurs résultats et recommandations. Dans cette activité, les élèves étudieront les différences entres les corps purs et les mélanges. Ils acquerront une meilleure compréhension de certaines techniques de séparation comme la filtration et la distillation. Une fois que ces notions leur seront familières, ils se serviront de leurs connaissances pour purifier un faux échantillon d eau contaminée. Matière : Science et technologie Niveau : Secondaire 1,1 Monde(s) Compétences Monde matériel Compétences disciplinaires Composantes C1 Cherche des réponses ou des solutions à des problèmes scientifiques ou technologiques. Cr.3 Mise en œuvre appropriée de la marche à suivre C2 Exploite au maximum ses connaissances en science et technologie. Cr.3 Élaboration d explications ou de solutions pertinentes Page 2

3 Connaissances préalables : Science Connaissances préalables : Mathématiques Utilisation d une éprouvette graduée Aucune Liens avec les mathématiques Aucun Vocabulaire Matériel nécessaire Corps pur Décantation Diluer Distillat Distillation Filtrat Filtration Immiscible Insoluble Mélange hétérogène Mélange homogène Purification Sédimentation Soluble Solution Solvant Suspension Turbidité Entonnoir de filtration Filtre de papier Statif Pince Béchers Plaque chauffante Échantillon d eau contaminée Flacon Bouchon de caoutchouc avec ouverture Granules pour ébullition Tube de verre Durée 5 périodes de 45 minutes Étapes RÉCAPITULATION (de 5 à 10 minutes) LA SITUATION (de 5 à 10 minutes) EXPÉRIENCE (de 10 à 15 minutes) NOTES DIRIGÉES DE L ENSEIGNANT (de 20 à 30 minutes) EXPÉRIENCE (de 45 à 90 minutes) ANALYSE (30 minutes) ACTIVITÉ DE RÉFLEXION (de 10 à 15 minutes) QUESTIONS DE RÉVISION (de 20 à 25 minutes) ÉVALUATION Page 3

4 DÉFINITION DES TERMES Corps pur Décantation Diluer Distillat Distillation Filtrat Filtration Immiscible Insoluble Mélange hétérogène Mélange homogène Purification Sédimentation Soluble Solution Solvant Suspension Turbidité Corps pur : Échantillon de matière, soit un élément, soit un composé, constitué d un seul et unique type de particules. Décantation : Verser un liquide d un contenant à un autre. Diluer : Rendre plus clair, ou moins concentré, en ajoutant un liquide comme de l eau. Distillation : Technique de purification qui consiste à faire évaporer un liquide puis à le recueillir par la condensation. Distillat : Un liquide provenant de la vapeur qui se condense lors de la distillation. Filtrat : Matière, le plus souvent liquide, qui est passée par un filtre. Filtration : Action de filtrer, procédé qui consiste à faire passer un liquide ou un gaz, comme l air, par un filtre pour en enlever les particules solides. Mélange hétérogène : Type de mélange dans lequel on peut facilement distinguer les composantes puisque deux phases ou plus sont présentes. Mélange homogène : Type de mélange dont la composition est uniforme. Immiscible : Deux liquides ou plus qui ne peuvent pas être mélangés pour former une substance homogène. Insoluble : Qui ne peut pas être dissous; incapable de former une solution, surtout dans de l eau. Purification : Action de nettoyer en débarrassant des impuretés. Sédimentation : Formation d un dépôt dans un liquide quand des matières suspendues tombent au fond. Soluble : Qui peut être dissous, particulièrement dans un solvant comme l eau. Solution : Mélange homogène de deux substances ou plus. Solvant : Substance dans laquelle une autre substance est dissoute pour former une solution. Suspension : Mélange dans lequel des petites particules d une substance sont dispersées dans un gaz ou un liquide. Si on n intervient pas dans le processus, les particules finissent par se déposer au fond. Turbidité : État d un liquide où des particules étrangères ou des sédiments sont remués, sont en suspension; vaseux, trouble. Page 4

5 Durée : de 5 à 10 minutes Changement de couleur permanent Il se forme un gaz Formation d un précipité Il se produit de la chaleur ou un éclair de lumière Le but de cette partie de l activité est de faire travailler les élèves seuls pour qu ils trouvent les réponses aux questions. Si les élèves éprouvent des difficultés, ils peuvent se servir de leurs notes des années précédentes, de leur manuel ou d autres sources de renseignements. Une fois que les élèves ont noté leurs réponses, vous pouvez demander aux élèves ou aux équipes de présenter leurs réponses à la classe. Il s agit d une révision de l activité précédente sur les transformations physiques et chimiques. DEUXIÈME QUESTION. Réponses : Les réponses se trouvent sur la page de droite. A. P B. C C. P D. P E. P F. C G. P H. P I. C J. P Page 5

6 Durée : de 5 à 10 minutes Il s agit d une introduction aux Notes dirigées de l enseignant. Avant de commencer l activité, repassez la situation avec les élèves. - La dépollution des mines entreprise par le gouvernement du Québec et Makivik; - la création de Sila Jeunesse pour régler le problème; - l échantillon minier qui doit être évalué et traité; - le rapport que l élève devra rédiger; - ce que les élèves ont découvert au cours de leur dernière activité sur les transformations physiques et chimiques. Une fois que c est fait, présentez La situation aux élèves. Au moment de présenter la situation à la classe, vous pouvez utiliser diverses tactiques. Voici quelques exemples : - Lisez les histoires et les questions aux élèves, une à la fois. - Demandez aux élèves de lire les histoires en silence. - Demandez aux élèves de lire les histoires en silence avant de se mettre en équipe de deux puis d expliquer les histoires à leur coéquipier ou coéquipière. - Demandez aux élèves de lire en chœur. L idéal est de faire appel à plus d une méthode. Vous pouvez aussi utiliser d autres stratégies relatives à l apprentissage de la langue seconde. Page 6

7 Durée : de 10 à 15 minutes Prélude aux expériences à venir. L enseignant lit aux élèves les paragraphes intitulés J observe. Pour que ce soit plus spectaculaire, l enseignant peut préparer divers types de mélanges pour montrer la différence entre «homogène» et «hétérogène» (un batteur pour un mélange à gâteau, de l huile et du vinaigre, de la soupe, de la salade, etc.) Plus c est visuel et concret, plus les élèves retiennent les notions enseignées. C est sûrement le moment idéal pour réviser les termes du Mur de vocabulaire et des notes supplémentaires sur les techniques de séparation. Si possible, faites la démonstration de chacune des techniques de séparation en rappelant les bons termes pour le matériel de laboratoire et en insistant sur les méthodes appropriées pour installer les appareils. Page 7

8 Durée : suite de la partie précédente L enseignant lit aux élèves les paragraphes intitulés Je formule une question de recherche et Je définis les variables. Pour aider les élèves à noter leurs résultats, lisez et expliquez la liste de contrôle (à la page 13 du Cahier de l élève) pour qu ils sachent exactement comment répondre et colliger les résultats. Il faut compter de une à deux périodes pour faire les expériences. Vous pouvez les regrouper en deux laboratoires courts pour qu elles puissent se faire en 45 minutes, soit la durée d une période. Les élèves peuvent faire ces activités de laboratoire seuls ou en équipes. Si vous faites travailler les élèves seuls, il faudra beaucoup plus de matériel. Pour chacune des activités de laboratoire, l enseignant doit encourager les élèves à lire les instructions avant d entreprendre une expérience. Pour éviter la confusion, menez une seule expérience à la fois. Vous pouvez maintenant dicter les Notes dirigées de l enseignant. Page 8

9 Durée : de 20 à 30 minutes Corps pur MATIÈRE Hétérogène Mélange Homogène L enseignant doit d abord demander aux élèves de remplir les cases de l organigramme sur les corps purs et les mélanges. L exercice peut être plus interactif; l enseignant n a qu à fournir une liste de mots à la classe qui devra remplir les cases vides. Les élèves peuvent présenter leurs réponses à la classe à la fin de l exercice. Homogène Hétérogène Avant de nommer les deux dessins représentant les particules, l enseignant doit rappeler les définitions d homo et d hétéro. Une fois que c est fait, l enseignant laisse les élèves tenter de deviner quel récipient contient quelle sorte de particules. Mot d origine grecque qui signifie «le même». Mot d origine grecque qui signifie «autre». Si l enseignant prend divers types de solutions comme exemples, ce serait le moment d utiliser des échantillons pour montrer les différences visuellement. Le document «Corps purs, mélanges et techniques de séparation» approfondit tous les sujets vus dans les Notes dirigées de l enseignant. Page 9

10 Un mélange Échantillon de matière, soit un élément, soit un composé, constitué d un seul et unique type de particules. Hétérogène Mélange dont la composition est uniforme. Le mélange contient de nombreuses particules, mais on ne peut pas les distinguer. Un corps pur Homogène Type de mélange dans lequel on peut facilement distinguer les composantes puisque deux phases ou plus sont présentes. Durée : suite de la partie précédente Corps purs : Pour enseigner la matière sur les corps purs, faites référence au tableau périodique des éléments. L eau distillée est un exemple de corps pur renfermant deux particules ou plus. o Démonstration type des propriétés comparées de l eau du robinet et de l eau distillée. Eau distillée ph de 7 Densité de 1 g/ml Ne conduit pas l électricité Eau du robinet ph de 6 à 8,5 Densité de 0,99999 g/ml Mauvais conducteur d électricité Mélanges homogènes : Démontrer comment le sel ou le sucre se dissolvent facilement dans l eau et créent un mélange homogène. Utilisez cette solution eau-sel pour expliquer les termes soluble, solvant et solution. (Montrer la solubilité) Conserver la solution lors de la démonstration de la distillation (le sel et l eau se séparent et deviennent deux types de particules distincts). Mélanges hétérogènes : Démontrer comment le sable et l eau ne peuvent pas se dissoudre facilement dans l eau et créent un mélange hétérogène. Utiliser ce mélange de sable et d eau pour démontrer la notion d insoluble. Utiliser l huile et l eau ou l huile et le vinaigre pour démontrer la notion d immiscible. Page 10

11 Durée : suite de la partie précédente Quand des substances solides qui sont plus lourdes que les particules d eau se déposent ou s accumulent au fond d un contenant, elles forment un sédiment. Verser un liquide d un contenant à un autre. La sédimentation : Lentement mais sûrement Quand des substances solides qui sont plus lourdes que les particules d eau se déposent ou s accumulent au fond d un contenant, elles forment un sédiment. Par ex. : Jus d orange, vinaigrette, sable et eau de mer Sédimentation : Démontrer la sédimentation à l aide d un mélange de sable et d eau. Mettre ce mélange dans un contenant. Agitez-le et observez le sable (le sédiment) se déposer au fond du contenant. Répétez l expérience avec de l huile et de l eau ou de l huile et du vinaigre. La décantation : D un contenant à un autre Souvent utilisée après la sédimentation. On peut séparer en substances distinctes un mélange hétérogène qui est formé de couches. Décantation : Quand on transvase la solution d un contenant à un autre, il faut veiller à ne pas agiter les sédiments. Une baguette de verre peut aider à décanter. Page 11

12 Durée : suite de la partie précédente Action de filtrer, procédé qui consiste à faire passer un liquide ou un gaz, comme l air, par un filtre pour en enlever les particules solides. Technique de purification qui consiste à faire évaporer un liquide puis à le recueillir par la condensation. Toute note que l enseignant juge utile. La filtration : Rapide et efficace Sépare différentes substances d un mélange hétérogène à l aide d un élément qui constitue une barrière. (Par ex. : un filtre de papier.) Par ex. : Aspirateur. Filtration : Démontrer la bonne méthode pour plier le filtre de papier et le faire entrer dans l entonnoir. Vous pouvez vous servir de jus d orange avec pulpe ou de grains de café (un percolateur). La distillation : Séparer ce qui est invisible Utilise le point d ébullition d une substance. L eau bouillante se condense et est recueillie dans un autre appareil. L eau pure obtenue est appelée «distillat». Les particules solides qui restent dans le contenant de départ sont appelées «résidus». Distillation : (Utiliser la solution sel-eau) Au cours de la démonstration sur la distillation, il est très important de rappeler les règles de maniement sécuritaire du matériel. Baissez l intensité quand le niveau de l eau baisse. Si on attend trop longtemps, le sel brûle au fond du flacon. Repassez les états de la matière : o L eau dans la solution atteint le point d ébullition, se transforme en vapeur (gaz) puis refroidit et passe par le tuyau de caoutchouc et redevient de l eau dans le bécher d accumulation. Au cours de la démonstration, révisez les termes comme distillat, résidus, etc. Page 12

13 Durée : de 45 à 90 minutes Première expérience : la filtration Avant de commencer l expérience, parlez des propriétés du mélange «eau contaminée» (remplir le tableau d après les résultats). Page 13 - Revoir les termes vus dans le tableau des résultats (par ex. : turbidité). - Écrire au tableau quelques bonnes réponses pour aider les élèves à remplir le tableau des résultats. Rappelez aux élèves de conserver le filtrat et de noter leurs observations sur le tableau des résultats avant de passer à la deuxième expérience. L échantillon d eau contaminée peut être préparé de diverses façons. Voici une méthode simple : dissoudre de 10 à 15 grammes de sel de table dans 100 ml d eau du robinet et ajouter environ 25 ml de sable. De nombreuses autres solutions sont possibles. L enseignant peut préparer la solution de son choix à condition que le mélange puisse être séparé par la filtration et la distillation. Vous pouvez remplacer le sable par des flocons d avoine ou ajouter ces derniers au sable. Pour les élèves plus avancés, ajoutez de l huile à l échantillon d eau contaminée pour pouvoir ajouter une étape de décantation.

14 Durée : suite de la partie précédente Deuxième expérience : La distillation Les élèves se serviront du filtrat de la première expérience. Vous pouvez réfrigérer les échantillons si le laboratoire s étend sur plusieurs jours. Granules pour ébullition - Les granules pour ébullition sont de petites pierres de forme irrégulière qu on ajoute aux liquides pour les faire bouillir plus facilement. Sans les granules, un liquide, qu on fait chauffer dans un contenant lisse, peut surchauffer et libérer de la vapeur soudainement, parfois violemment. Cette bulle de gaz soudaine peut faire jaillir la solution et les réactifs du contenant; causer des brûlures sévères; gâcher une expérience ou faire un dégât, tout simplement. Ces granules sont généralement composées d une matière poreuse, comme l alumine, le carbonate de calcium, la porcelaine ou le carbone, et sont recouvertes d une matière non réactive comme le polytétrafluoroéthylène (Teflon). Rappelez aux élèves de remplir le tableau des résultats avant la distillation et après la distillation. Page 14

15 Durée : suite de la partie précédente Première expérience : la filtration Les résultats peuvent varier légèrement selon la fraîcheur du mélange «d eau contaminée». Plus longtemps les flocons d avoine ont trempé, mieux c est. Propriétés Avant la filtration Après la filtration Couleur de la solution Trouble/Blanche Moins trouble Turbidité (élevée ou basse) Présence de particules en suspension Élevée Grand nombre de particules Deuxième expérience : la distillation Basse Peu ou pas de particules À titre d enrichissement, les élèves peuvent analyser les propriétés du distillat (pour les comparer avec les propriétés de l eau). Propriétés Avant la distillation Après la distillation Couleur de la solution Légèrement trouble Transparente/Claire Turbidité (élevée ou basse) Basse Basse/Nulle Présence de Peu ou pas de particules en particules suspension Aucune particule Page 15

16 Durée : 30 minutes L eau n est pas pure. Elle est débarrassée des sédiments seulement (solides). On peut toujours voir de petites particules dans l échantillon. L eau est pure. Le reste du soluté est demeuré dans le flacon. Seule l eau s est évaporée et a été recueillie dans le bécher. Les élèves peuvent répondre à ces questions seuls ou en équipes. À titre d enrichissement ou d exercice de classe, testez les explications proposées dans les questions d analyse. À titre d enrichissement, écrivez sur le tableau la question suivante et demandez aux élèves d y répondre en faisant des recherches ou en donnant une opinion détaillée. «Peut-on faire de la distillation à grande échelle (c est-àdire dans un lac ou une rivière)?» La filtration La distillation Page 16

17 Durée : de 10 à 15 minutes Vous pouvez donner cet exercice en devoir si le temps alloué à l exercice en classe ne permet pas de le terminer. Les élèves doivent répondre à ces questions de façon individuelle. RÉPONSES : a. Je crois que la meilleure méthode pour enlever de grosses particules flottantes est la FILTRATION (sédimentation, filtration, décantation, distillation). Ces particules sont dites INSOLUBLES (insolubles, solubles, immiscibles, en suspension). b. La DISTILLATION (sédimentation, filtration, décantation, distillation) peut éliminer des particules invisibles. Ces particules sont dites EN SUSPENSION_ (insolubles, solubles, immiscibles, en suspension) dans l eau. c. Par exemple : On peut séparer la pulpe du jus d orange et les épices d une vinaigrette italienne à l aide de la FILTRATION (sédimentation, filtration, décantation, distillation). d. On peut séparer le sucre du sirop d érable et les minéraux de l eau de mer à l aide de la DISTILLATION (sédimentation, filtration, décantation, distillation). Page 17

18 Durée : de 20 à 25 minutes Vous pouvez donner cet exercice en devoir si le temps alloué à l exercice en classe ne permet pas de le terminer. Les élèves doivent répondre à ces questions de façon individuelle. RÉPONSES : 1. D 2. A 3. B 4. C Page 18

19 Durée : suite de la partie précédente RÉPONSES : 1. G 2. D 3. E 4. B 5. A 6. F 7. C 8. H 9. K 10. J Page 19

20 Ressources Documents Vidéos Autre Notes en Word ou PDF sur les «Corps purs, mélanges et techniques de séparation» Aucune Aucun Manuel d exploration Manuel d observation AUTRE A B Sans objet Apprentissage facilité Leçon 3 Sujet 1 Lecture facultatives / Ressources supplémentaires Divers manuels scolaires scientifiques Hyperliens Wikipédia : Évaluation Vous trouverez une partie «évaluation» à la fin de ce livret. Une feuille d évaluation additionnelle est aussi fournie pour cette activité et comprend une autoévaluation par les élèves. Activité précédente : Techniques de séparation des mélanges Activité suivante : La dépollution des mines Page 20

21 Organigramme des activités pour la SAE La dépollution des mines BLOC B : Transformations physiques et chimiques Techniques de séparation des mélanges La dépollution des mines Page 21

22 Traces PREMIÈRE COMPÉTENCE Cherche des réponses ou des solutions à des problèmes scientifiques ou technologiques Traces Notes de l enseignant Observables Note pour les critères Moyenne pour la compétence TECHNIQUES DE SÉPARATION DES MÉLANGES Évaluation : Compétences et critères d évaluation Cr.3 Mise en œuvre appropriée de la marche à suivre L élève respecte les règles de sécurité Respecte toujours les règles de sécurité sans qu on le lui demande. Respecte volontiers les règles de sécurité la plupart du temps. Il faut lui rappeler des détails mineurs comme s attacher les cheveux. Respecte les règles de sécurité la plupart du temps. Il faut les lui rappeler une seule fois. Respecte les règles de sécurité seulement lorsque le professeur le lui demande plusieurs fois (plus de deux fois). Ne respecte pas du tout les règles de sécurité. L élève fait des observations utiles. Table de données, Cahier de l élève, p. 13 Travaille de façon autonome et remplit les six cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit de quatre à cinq cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit trois cases correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit les six cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit deux cases correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit de trois à cinq cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit une case correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit d une à deux cases correctement. L élève fait des observations utiles. Table de données, deuxième expérience, Cahier de l élève, p. 13 Travaille de façon autonome et remplit les six cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit de quatre à cinq cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit trois cases correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit les six cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit deux cases correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit de trois à cinq cases correctement. Travaille de façon autonome et remplit une case correctement. Avec l aide de l enseignant, remplit d une à deux cases correctement. Page 22

23 Traces DEUXIÈME COMPÉTENCE Exploite au maximum ses connaissances en science et technologie Traces Traces Traces Observables Note pour les critères Moyenne pour la compétence TECHNIQUES DE SÉPARATION DES MÉLANGES Évaluation : Compétences et critères d évaluation Cr.3 Élaboration d explications ou de solutions pertinentes L élève formule des explications ou des solutions correctes, utiles et complètes : Crois-tu que le filtrat est maintenant de l eau pure?, Cahier de l élève, p. 14. Travaille de façon autonome et mentionne les trois points suivants : - L eau (ou échantillon) n est pas pure - Seuls les solides (les sédiments) ont été enlevés - Il reste quelques petites particules. Il n y a pas de niveau 4 ici. Travaille de façon autonome et mentionne deux des trois points. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner les trois points. Travaille de façon autonome et mentionne un des trois points. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner deux des trois points. Travaille de façon autonome et donne une réponse en rapport avec la situation. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner un des trois points. L élève formule des explications ou des solutions correctes, utiles et complètes : Crois-tu que le distillat est maintenant de l eau pure?, Cahier de l élève, p. 14. Travaille de façon autonome et mentionne les trois points suivants : - L eau (ou échantillon) est pure - Il ne reste que le soluté dans le flacon - Seule l eau a disparu du filtrat (par évaporation). Il n y a pas de niveau 4 ici. Travaille de façon autonome et mentionne deux des trois points. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner les trois points. Travaille de façon autonome et mentionne un des trois points. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner deux des trois points. Travaille de façon autonome et donne une réponse en rapport avec la situation. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner un des trois points. L élève formule des explications ou des solutions correctes, utiles et complètes : Quelles sont les deux techniques de séparation, Cahier de l élève, p. 14. Travaille de façon autonome et mentionne les deux techniques : la filtration et la distillation. Il n y a pas de niveau 4 ici. Travaille de façon autonome et arrive à mentionner soit la filtration, soit la distillation. Il n y a pas de niveau 2 ici. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner les deux techniques : la filtration et la distillation. Travaille de façon autonome et donne une réponse non pertinente, mais en rapport avec la situation. Avec l aide de l enseignant, arrive à mentionner soit la filtration, soit la distillation. L élève formule des explications ou des solutions correctes, utiles et complètes : Questions de A à D à la p. 15 du Cahier de l élève. Travaille de façon autonome et donne six bonnes réponses. Travaille de façon autonome et donne cinq bonnes réponses. Travaille de façon autonome et donne trois ou quatre bonnes réponses. Avec l aide de l enseignant, arrive à donner six bonnes réponses. Travaille de façon autonome et donne deux bonnes réponses. Avec l aide de l enseignant, arrive à donner de trois à cinq bonnes réponses. Travaille de façon autonome et donne une seule bonne réponse. Avec l aide de l enseignant, arrive à donner une ou deux bonnes réponses. Page 23

24 Notes de l enseignant AUTRE Notes de l enseignant et traces Observables Note pour les critères Moyenne pour la compétence TECHNIQUES DE SÉPARATION DES MÉLANGES Évaluation : Compétences et critères d évaluation L élève utilise un vocabulaire approprié Utilise un vocabulaire soigné qui peut même dépasser les attentes. Tout le vocabulaire utilisé est approprié. Le vocabulaire utilisé est en grande partie approprié. L élève utilise un vocabulaire quelque peu approprié. L élève ne note rien et n utilise pas un vocabulaire approprié. Travail d équipe Sa participation est essentielle au bon fonctionnement de l équipe. L élève s assure que tous ses coéquipiers contribuent. Contribue de façon positive au travail de l équipe. Sa participation est jugée fonctionnelle et adéquate. Sa participation au sein de l équipe est limitée et forcée. Refuse de communiquer ou de travailler en équipe. Page 24