GÉOTHERMICIEN(NE) (Document professeur) Mathématiques, SVT, Physique-Chimie, Technologie 4 e Quelle approche dans les disciplines scientifiques et technologiques? Thèmes de convergence Thème 3 : énergie Quelles ressources énergétiques pour demain? Quelle place aux énergies fossiles, à l énergie nucléaire, aux énergies renouvelables? Physique-chimie : o première classification des différentes sources d énergie ; o première approche de l étude de certaines conversions d énergie ; o accent mis sur l énergie électrique. Technologie : o les différentes formes d énergie utilisées dans les objets techniques. Mathématiques : o écriture et comparaison des ordres de grandeur ; o utilisation des puissances de 10 et de la notation scientifique ; o réalisation et exploitation graphique de données et comparaison de séries statistiques concernant par exemple les consommations, ma prospective pour les niveaux locaux, nationaux, planétaires. SVT : o connaissance de la localisation des ressources, de leur caractère renouvelable ou non. socle Compétence 3 Pratiquer une démarche scientifique, résoudre des problèmes rechercher, extraire l information utile. réaliser, faire un schéma. raisonner, communiquer, représenter la solution choisie. L énergie distinguer parmi les sources d énergie, leur origine fossile ou leur caractère renouvelable. choisir pour une application donnée une énergie adaptée au besoin.
Les objets techniques dresser la liste des contraintes à respecter. proposer des solutions techniques. Compétence 7 : l autonomie et l initiative Etre acteur de son parcours de formation se familiariser avec l environnement économique, les métiers, (faire le lien entre ce qui est enseigné et les métiers, décrire un métier). connaître les parcours de formation correspondant à ces métiers. Compétences disciplinaires (en lien avec les s) Mathématiques : 5 e 1. Organisation et gestion de données, fonctions 1.1 Proportionnalité : échelle Utiliser l échelle d une carte ou d un dessin. 1.2 Expressions littérales Utiliser une expression littérale. 4. Grandeurs et mesures 4.3 Aires Calculer l aire d une surface plane ou celle d un solide, par décomposition en surfaces dont les aires sont facilement calculables. - Tracer une figure sur un plan à l échelle ; - calculer sa surface. 1. Organisation et gestion de données, fonctions 1.1 Fonction Déterminer l image d un nombre par une fonction déterminée par une courbe, un tableau de données ou une formule. Déterminer un antécédent par lecture directe dans un tableau ou sur une représentation graphique. - réaliser un graphique comparant le coût de différents modes de chauffage.
Sciences Physiques : B. ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN «ALTERNATIF» DES POSSIBILITÉS DE PRODUCTION DE L ÉLECTRICITÉ : quel est le point commun des différentes centrales électriques? L alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques. L énergie mécanique reçue par l alternateur est convertie en énergie électrique. Sources d énergie renouvelables ou non (Extraire d un document les informations relatives aux sources d énergie) L ALTERNATEUR : comment produire une tension variable dans le temps? Un alternateur produit une tension variable dans le temps Une tension, variable dans le temps, peut être obtenue par déplacement d un aimant au voisinage d une bobine À partir de l étude de documents, - définir et classer différentes sources d énergie - identifier les conséquences de l utilisation de ces différentes sources d énergie - expliquer la production d électricité à partir de la géothermie SVT : Responsabilité humaine en matière de santé et d environnement Les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) extraites du sous sol, stockées en quantité finie et non renouvelable à l échelle humaine, sont comparées aux énergies renouvelables notamment solaire, éolienne, hydraulique. Les impacts de ces différentes sources d énergie sur l émission des gaz à effet de serre sont comparés. comparer les conséquences environnementales entre l'utilisation des énergies renouvelables et non renouvelables À partir de l étude de documents, - comparer les conséquences environnementales entre l utilisation des énergies renouvelables et non renouvelables Technologie : 1. Analyse et conception de l objet technique Contraintes liées au fonctionnement, au développement durable mettre en relation des contraintes que l objet technique doit respecter et les solutions techniques retenues Solutions techniques rechercher et décrire plusieurs solutions techniques pour répondre à une fonction donnée. choisir et réaliser une solution technique. 3. Les énergies mises en œuvre Efficacité énergétique comparer les quantités d énergie consommées par deux objets techniques. indiquer la nature des énergies utilisées pour le fonctionnement de l objet technique.
Prolongements non développés - choisir une solution technique pour chauffer un pavillon dans un lotissement. - étudier les contraintes liées à l implantation d une pompe à chaleur et proposer un tracé possible pour l implantation de la zone de câblage. - à partir d une documentation ciblée, identifier les différentes sources de chaleur exploitables et indiquer les énergies mises en œuvre dans les systèmes de récupération de chaleur. - identifier les contraintes qu une pompe à chaleur doit respecter pour un fonctionnement correct. - décrire le fonctionnement de la pompe à chaleur. Proposition de scénario pédagogique 1. Sciences physiques La géothermie, une source d énergie parmi d autres : questions 1 à 3. Le métier de géothermicien(ne) : questions 1 2. Sciences et vie de la terre et/ou Sciences physiques La géothermie, une source d énergie parmi d autres : questions 4 et 5. 3. Sciences physiques et/ou technologie Etude de cas n 1 : questions 1 à 4 + question 6 : conclusion. Coups de pouce de l enseignant : - Question 1 : informations sur le site http://www.explorateursenergie.com/explo_ens/aff_anim.php?anim=lenergie117.swf - Question 3 : informations sur le site http://www.simulateurenergetique.fr/listeproduits/geothermie_39#grandeslignes Trois éléments sont nécessaires. Quels sont-ils? - Question 4 : informations sur le site http://chaudiere.comprendrechoisir.com/comprendre/alternative_chaudiere_pompe_a _chaleur Comment présenter un comparatif tableau. Quels sont les critères à prendre en compte? (Performance coût rejets de CO2 ou autres déchets énergie renouvelable ou non stockage de la source.) 4. Mathématiques Etude de cas n 1 : question 5 + question 6 : conclusion. Questions ou coups de pouce de l enseignant pour la comparaison des coûts des différents modes de chauffage : - quelles sont les données à prendre en compte? (Coût d installation initial + coût de consommation et coût d entretien annuels.) 1) Etude de la pompe à chaleur a) Quel est le prix de l installation? b) Quel est le prix de l entretien annuel? c) Quel est le prix d un kwh? À combien revient leur consommation annuelle? d) Calculer le coût d une pompe à chaleur au bout d un an. De 2 ans. De 5 ans.
e) On appelle x le nombre d années. Exprimer son coût en fonction de x. 2) On considère les fonctions suivantes qui donnent le coût de revient des différents modes de chauffage en fonction du nombre d années x : - f(x) = 10 000 + 1 328 x : pompe à chaleur ; - g(x) = 6 500 + 3 592 x : gaz ; - h(x) = 7 500 + 3 328 x : fuel ; - i(x) = 9 000 + 2 132 x : bois ; - j(x) = 5 000 + 3 452 x : électrique. a) Sur une feuille de papier millimétré, format portrait, origine en bas à gauche, tracer les courbes représentatives des fonctions f et h. On prendra 4 cm pour une année en abscisse et 1 cm pour 1 000 en ordonnées. À l aide du graphique, répondre aux questions suivantes : - Quel mode de chauffage est le plus avantageux la première année? - Quel mode de chauffage est le plus avantageux sur le long terme? À partir de combien d années? - Quel est le coût de revient de chaque type de chauffage au bout de 5 ans? * Remarque : pour le niveau 4 ème, l énoncé peut être simplifié en donnant un tableau de valeurs. b) On veut maintenant comparer tous les types de chauffage. À l aide d un tableur, tracer les courbes représentatives de chacune des fonctions suivantes les 7 premières années. c) nombre d'années 0 1 2 3 4 5 6 7 pompe à chaleur gaz fuel bois électrique d) Conclure. 5. Technologie et/ou Mathématiques Etude de cas n 2 Coups de pouce de l enseignant en technologie : voir démarche sur document élève corrigé - Quelle est la surface de captage? -Quelles sont les contraintes? Comment les repérer sur le plan? échelle du document - Quelle partie du terrain semble la plus appropriée? Questions ou coups de pouce de l enseignant en mathématiques 1) Calculer la surface de captage minimale pour chauffer la maison. 2) Le plan de masse est à l échelle. a) À quelle distance en cm sur le plan correspond 1 m dans la réalité? b) Quelle partie du terrain semble la plus appropriée pour installer la zone de captage? c) Colorier, sur cette possible zone, les parties «interdites». d) Tracer un polygone dans cette partie en prenant soin de respecter les contraintes liées à la zone d implantation. e) Calculer l aire en m² de cette zone.
f) Conclure. Le métier de géothermicien(ne) : questions 2 à 5. 6. Sciences physiques Etude de cas n 3 Coups de pouce de l enseignant : - Informations sur le site http://www.edf.com/html/panorama/transversal/media_geo/geo_anim_01.html - En quoi se transforme l eau liquide du sous-sol lorsqu elle est remontée à la surface de la Terre? - Une turbine est présente, comment est-elle mise en mouvement? - Qu entraîne la turbine lors de sa rotation? - Quel type de courant est créé en sortie de l alternateur? Suivre le lien : fiche élève_corrigé Correction de la fiche élève Les auteurs Fiche réalisée par une équipe de professeurs de l académie de DIJON (Sylvie LANAUD, Hélène DEVAIVRE, Franck TESTUD, Catherine DUBOS-BACHEROT). Avec la collaboration des IA-IPR de l académie de DIJON, pilotage Robert FERACHOGLOU.