LE BOIS : STRUCTURE ET MATERIAU. (NB: Les éléments de correction apportés par Mme Saint Pierre apparaitront en rose magenta.) Introduction: Position de la leçon dans le programme: 1ère ES, thème au choix: «Une ressource naturelle: le bois». Leçon préparée en un peu plus de trois heures. Des situations concrètes seront proposées au travers des différents postes. Puis présentation générale de la leçon. Définir brièvement les termes du titre: bois structure matériau (! Ne pas dire «nous» le jury n'aime pas être impliqué dans ce que fait le candidat!) Cette leçon existait auparavant sous le titre suivant: «le bois: structure et composition». Ce nouveau titre, permet de traiter le bois, avec un aspect plus axé sur l'environnement, et l'utilisation du bois à des fins écologiques. I] Le bois: quelques propriétés générales. A/ Un matériau poreux. 1) Flottabilité: Poste 1: Plutôt que de faire des calculs de masse volumique, qui peuvent se révéler approximatifs, pourquoi ne pas plonger les échantillons dans l'eau ( balsa, ébène), et observer ainsi leur flottabilité. Et faire ainsi, une rapide comparaison de masses volumiques: eau/ différents bois. 2) Capacité d'isolant: Poste 2: On vend de la ouate de cellulose dans les doubles- plafonds: pourquoi? Car c'est un bon isolant.! sur le graphique il faut que toutes les courbes partent du même point. B/ Un matériau résistant. 1) Dureté: Poste 3: C'est trop subjectif! Il vaudrait mieux utiliser un poinçon, qu'on laisserait tomber sur l'échantillon de bois, la manipulation serait plus rigoureuse, en mesurant le diamètre obtenu par la chute du poinçon sur le bois. 2) Résistance mécanique: idem: Le modèle présente deux limites, à savoir:les rayons ligneux ne sont pas matérialisés, les parois ne sont pas soudées entre elles. De plus, ion modélise toujours à partir de l'observation. Le modèle aurait du être présenté au poste 4. C/ Autres propriétés: imputrescibilité, combustion.( partie non traitée durant la leçon, faute de temps, prévient le candidat). II] Le bois: structure tissulaire et composition chimique. A/ Structure et modèle de croissance. Poste 4: 1) On donne l'échantillon à l'élève, on lui demande de dessiner ¼ de l'échantillon en positionnant les années(!!! le plan tangentiel n'est pas au programme). 2) Ce qui permet de poser les limites: bois matériau/ bois botanique. 3) On retrouve dans chaque cerne, avec les élèves: bois de printemps/ bois d'été. (la couche de bois d'été est toujours plus sombre, car les vaisseaux sont de très faibles diamètres). 4) C'est toujours l'âge de l'échantillon que l'on détermine, et non l'âge de l'arbre!!! 5) Il faut expliquer le fonctionnement du cambium. B/ Composition chimique. 1) Cellulose et lignine: Poste 5: Les deux colorants sont le plus souvent mélangés, il vaut mieux faire les coupes en biais. On parle de double coloration: Eau de javel: ne laisse que les parois, tue les tissus vivants. Acide acétique: permet de fixer la couleur. Carmin: colore la cellulose Vert d'iode: colore la lignine. On veut comprendre la composition chimique du bois: cellulose puis lignine, et indiquer l'imbrication des deux. 2) Autres composants.( ils sont évoqués oralement par le candidat). III] Le bois: un matériau aux usages multiples. A/ Le papier. Poste 6: Il aurait fallu prendre le même colorant, et donc faire la manipulation au carmin, tout simplement. Distinguer -papier mécanique(contient de la lignine), obtenu par broyage du bois, c'est un papier qui jaunit à cause des tanins qu'il renferme -papier chimique(ne contient pas de lignine), c'est un papier tout blanc et lisse. Associer lignine et résistance. B/ Le bois d'œuvre. C/ Le bois de charpente. Conclusion échantillons de bois balance électronique règle, en positionnant les années verrerie graduée Poste 1: Le bois et sa flottabilité. la masse volumique de différentes essences de bois est différente, elle conditionne leur flottabilité. manipuler réaliser des calculs, maîtriser des unités raisonner afin de résoudre une situation problème. travail collaboratif des élèves pour une production du groupe classe. tableau de résultats réponse écrite afin de résoudre le problème. Poste 1 (suite): Consignes et questionnements. on cherche à connaître la masse volumique de différents bois, à la comparer à celle de l'eau pour savoir si le transport sur les cours d'eau est réalisable, ou si le transport par la route s'impose.( photo sur Google d'un bois qui flotte). 1) Déterminer la masse, le volume puis la masse volumique de deux échantillons, au moins, de bois présentés et compléter le tableau de résultats.
2) Déterminer la flottabilité de chaque échantillon. Poste 1 (suite): et critères de réussite. -volume= surface x longueur(cm3) -surface=petit côté x grand côté(cm2) -un gabarit quadrillé peut servir à déterminer une surface complexe au demi-centimètre carré près. Des méthodes différentes donnent des résultats identiques entre différents groupes(tache complexe). -des contenants gradués peuvent permettre de déterminer un volume. -masse volumique de l'échantillon à comparer à celle de l'eau. Poste 1 Échantillon de bois de... Macaranduba Feuillu Pin Autres... Masse de l'échantillon(en gramme) Volume de l'échantillon(en cm3) Masse volumique de l' échantillon(en g.cm-3) Flottabilité +: flotte - : ne flotte pas Résistance: + : forte - : faible Poste 2 Temps (en sec) 0 30 60 90 120 1) Plaque seule à 150 C (en C) 20,8 24 29 34 39 2) Poids en métal à...(en C) 22,2 22,3 22,6 23,2 23,7 3) Dessous de plat en bois (en C) 24,7 24,7 24,5 24,3 24,3 4) la porte devra être en bois; 5) la forme et le volume des matériaux sont différents. -dessous de plat en bois -plaque chauffante électrique -thermomètre électronique -chronomètre. Poste 2: Le bois et sa capacité d'isolant. le bois est un bon isolant. -suivre un protocole -avoir un esprit critique -résoudre une situation problème -construire un graphique respecter les règles élémentaires de sécurité. -tableau de mesure à compléter -réaliser un graphique Poste 2 (suite): Consignes et questionnement. choix d'un matériau pour la fabrication d'une porte coupe-feu. 1) Allumer la plaque chauffante, mesurer les variations de température à sa surface pendant 2mn,compléter le tableau. 2) Réaliser la même manipulation avec un rondin de bois, et mesurer les variations de température sur la face supérieure du rondin, et compléter le tableau. 3) Compléter le graphique avec vos résultats. 4) Réaliser la même manipulation avec le support métallique. 5) Préciser le matériau à utiliser dans la fabrication d'une porte coupe-feu. 6) Critiquer les conditions expérimentales, présenter les limites de la modélisation. Poste 2 (suite): et critères de réussite. -attendre entre deux prises de mesure que la plaque redescende en température -relever la température toutes les 30sec. -les mesures 1 et 4 servent à comparer, ce sont des témoins. -le tableau est convenablement complété, avec distinction: grandeur étudiée + unité grandeur qui varie + unité -le nombre de colonnes et de lignes permet de consigner tous les résultats. -échantillons de bois (en CT) -clou + marteau -scalpel + couteau à dents. Poste 3: Le bois, un matériau résistant. Objectifs cognitifs: 1) les différentes essences de bois sont plus ou mois résistantes; 2) les différentes parties du bois sont plus ou moins résistantes. 3) suivant le sens de coupe la résistance est plus ou moins grande. -utiliser un modèle, percevoir ses limites. -manipuler -consigner les résultats dans le tableau du poste 1 respecter les consignes de sécurité. -tableau de résultats. -réponse écrite résolvant le problème. Poste 3 (suite): Consignes et questionnements. On cherche: à connaître la résistance du bois à comprendre pourquoi le bois est coupé à la hache dans le sens longitudinal, et à la tronçonneuse dans le sens transversal. 1) Apprécier subjectivement la résistance de: a) différentes essences de bois, b) différentes parties du bois. Pour cela appeler le professeur pour lui exposer comment vous allez utiliser le marteau et le petit clou. 2) Consigner vos résultats dans le tableau 1 3) Le tableau général étant complété pr tous les élèves, critiquer les résultats obtenus. 4) Utiliser le modèle paille (voir feuille annexe) pour proposer une hypothèse quant à l'orientation des fibres dans le bois, schématiser vos conclusion sur la feuille réponse. 5) Tester votre hypothèse à l'aide du document fourni par le professeur et criquer le modèle. Poste 3 (suite): et critères de réussite. -des différences de résistance ont été perçues
-utiliser sans vous blesser le marteau et un petit clou, -effectuer les mêmes gestes, avec la même intensité sur les zones à tester, -une légende subjective est choisie, -des différences de résistance ont été perçues -les gestes sont identiques sur les zones à tester, -les outils sont utilisés avec prudence. -analyse critique de al manipulation, réflexion sur un test objectif envisageable avec le groupe classe. -la schématisation est logique par rapport aux résultats de la manipulation. -le modèle est critiqué, notamment par la prise en compte des structures non représentées. Modèle de la structure du bois. Info 1: le bois est constitué de fibres allongées et creuses Info 2: la paroi végétale constitue ces fibres. Modèle: le collage des pailles à boire permet de réaliser une maquette de la disposition des ces fibres les unes par rapport aux autres. 1) poste 1 2) idem 3) discussion classe 4) schéma à compléter 5) on compte 52 cernes, l'échantillon a au moins 50 ans. échantillon de bois en CT photographie coupes de bois loupe binoculaire aiguille lancéolée Poste 4: Structure et mode de croissance du bois. Objectifs cognitifs: -le bois est constitué de vaisseaux et de fibres -distinction: bois de cœur/ aubier -mode de croissance: a) par cernes successifs, bois de printemps avec vaisseaux de grands diamètre puis bois d'été avec des vaisseaux de petits diamètres. b) fonctionnement du cambium. -se repérer sur une coupe de bois, -mettre en relation des informations. photographie légendée. Poste 4 (suite): Consignes et questionnement 1) A l'aide du document annexe: «plans ligneux», légender la photographie avec plan 1-2- 3. 2) Sur l'échantillon, repérer les cernes de croissance, le bois de printemps et le bois d'été.(appeler le professeur pour vérification). 3) Déterminer l'âge de l'échantillon: a) l'année de la plus forte croissance b) l'année de la plus faible croissance pour 2 et 3, utiliser les informations du document annexe pour expliquer ces différences de croissance. 4) Repérer le duramen et l'aubier sur l'échantillon, repérer les rayons ligneux. (appeler le professeur pour vérification) 5) Réaliser un croquis d'observation consignant les éléments soulignés dans les questions précédentes. Poste 4 (suite): et critères de réussite. -utiliser les légendes pour vous repérer -utiliser les informations 1 et 2 du document annexe -compter les cernes de l'intérieur vers l'extérieur -mettez en relation les documents pour proposer une hypothèse - repérer une différence de coloration entre l'intérieur et l'extérieur -le croquis est un dessin rapide dans lequel seule les structures remarquables sont représentées. -plans corrects -âge correct -structures repérées -les éléments sont bien situés les uns par rapport aux autres(disposition bois de printemps/bois d'été) Documents annexes:
Roland (J-C et F), L'organisation des plantes à fleurs, Paris, éditions Masson. Documents annexes (suite). Info 1: le bois de printemps se forme au début de la belle saison, l'eau est alors très abondante dans le sol. Info 2: le bois d'été se forme plus tardivement, l'eau est alors moins présente dans le sol, la croissance est stoppée en hiver. l'ensemble forme un cerne. Info 3: les feuilles, lieu de la photosynthèse, sont également le lieu d'une importante transpiration: on parle d'évapotranspiration foliaire. Info 4 : le cambium est un tissu qui produit vers l'extérieur le bois( ou xylème secondaire) transportant la sève des racines aux feuilles et vers l'extérieur le liber( ou phloème secondaire) transportant la sève des feuilles aux autres organes. Info 5: -le duramen constitue le bois dans lequel la sève ne circule plus,-il est situé au cœur de l'arbre -l'aubier est constitué du bois et du liber dans lequel la sève circule, il est situé en périphérie de l'arbre. -microtome + sureau + lame de barbier -petite tige lignifiée: de ficus, de sapin -protocole carmin-vert d'iode( Prat, p.56 Expérimentation en biologie et physiologie végétales, éditions Hermann) -protocole phloroglucine: mise en évidence de la lignine( idem, p.279) Poste 5: Composition chimique du bois. Objectifs cognitifs -cellulose (rouge)/ lignine (vert) -bois de printemps/ bois d'été. -effectuer une coupe histologique -réaliser un protocole -respecter les consignes de sécurité. -répartition du travail en deux groupes. Production attendue -lame histologique de CT de tige -photographie numérique à légender à la maison. Poste 5 (suite): Consignes et questionnement 1) Réaliser le protocole 2) Réaliser une photographie 3) Transférer la photo sur votre clé, et légender la photo à l'aide du croquis du poste précédent. Utiliser la fiche -microtome -coloration échantillon -objectif de l'apn, sur l'oculaire du microscope -coupe fine -coloration propre -photo nette -légendes complètes et correctement disposées. -papier -scalpel -colorant spécifique de la cellulose: bleu de toluidine -lame/ lamelle/ microscope le papier est constitué de fibres de cellulose issues du bois. -réaliser une préparation microscopique -mettre en relation des documents. -lame histologique -dessin d'observation rapide. Poste 6: Un exemple d'utilisation du bois: le papier. On dit que le papier est fait à partir du bois Comment le vérifier? Poste 6 (suite): Consigne et questionnement 1) Disposer une goutte de colorant (carmin) sur le papier et gratter afin de prélever un échantillon. 2) Monter entre lame et lamelle, et observer au microscope. 3) Réaliser un dessin d'observation rapide. 4) Confronter votre observation au document de la feuille annexe
Poste 6 (suite): et critère de réussite Fiches méthode de 2nde réinvesties -préparation microscopique -dessin d'observation Critères: voir fiches. Documents annexes: