R. VIOVY
Centre International Francophone pour l'Education en Chimie (CIFEC), Université de Montpellier
n .
MOTS -CLEFS: CIllMIE -COMBUSTION - SYSlEMES- ENERGIE.
RESUME: Les organisations internationales (IUPAC, UNESCO) ont proposé le schéma d'un module d'enseignement pour les étudiants de 16 ans portant surnCombustions et environnementn. Au cours d'un séminaire tenuàLuxembourg en Juillet 1990, un projet francophone a commencéà êtreélaboré.
SUMMARY : International organizations (IUPAC, UNESCO) proposed an educational sequence for sixteen year-old students. During the CIFEC seminar in Luxembourg in July, the frrst French proposition was elaborated.
Depuis plus de 500 000 ans les hommes utilisent les combustions pour produire de l'énergie. Il y a 200 ans cette utilisation fut accélérée par l'invention de la machineàvapeur permettant la production massive d'énergie mécanique. Dans la dernière étape la croissance industrielle et le développement des sociétés dites de consommation ont amené les pays industrialisésàutiliser des quantités considérables de combustibles, d'abord le charbon puis les dérivés pétroliers.
Si l'on ajouteàceci les combustions volontaires ou involontaires de grands espaces ( incendies ou brûlis) on conçoit que l'impact des combustions sur l'environnement soit aujourd'hui un des problèmes majeurs pour l'environnement
L'éducation ne devrait donc pas s'en désintéresser, mais en fait cet aspect est pratiquement négligé dans les chapitres qui traitent des combustions, que ce soit sous leur aspect "chimique" ou sous l'aspect énergétique ou thermodynamique.
Cette remarque ne s'applique pas seulementàla France où le cloisonnement des disciplines rend difficile tout enseignement qui se trouve par nature interdi sciplinaire, mais aussi au niveau international où une éducationàl'environnement a toujours des difficultésàs'imposer.
La médiatisation des problèmes liés aux combustions "effet de serre", "pluies acides", ... ont amené l'UNESCO etl'WPAClors d'un atelier international tenu àBerkeley (USA) en 1989à proposer le schéma d'un module d'enseignement pour des élèves de16 à17 ans qui traiterait de "combustions et environnement".
Bien entendu les propositions internationales ne peuvent être qu'un schéma directeur étant donnés la variété des combustions locales et des systèmes éducatifs. Cependant le schéma devait être suffisamment précis pourpermettreune certaine évaluation.
Dans la première partie nous décrirons les grandes lignes de ce projet et dans la seconde nous donnerons quelques résultats d'une première approche pour une adaptation francophone réaliséeà Luxembourg en 1990 lors d'un atelier CIPEC, UNESCO.
1. PROJET : "THE BURNING OF FUELS MATERIALS AND ENERGY"
MINIMIZING WASTE IN
1.1. Généralités
1.1.1. Concepts chimiques nécessaires pour aborderle sujet: Matière: substances, mélanges, combinaisons, symbolisme chimique Changements : réactions chimiques, phénomènes physiques
Energie: chaleur, travail, électricité, lumière, réaction endo et exothermiques Grandeurs en unités SI : quantité de substance, masses et bilans, concentration Cycles des éléments
1.1.2. Position du problème:
Cette position a été développée dans l'introduction.
1.1.3. Les solutions chimiques proposées:
Parmi celles-ci: élimination des oxydes d'azote, de soufre et des particules solides des gaz d'échappement, utilisation de l'hydrogène, récupération des déchets, etc...
1.104.Décisions de la société: Etudier un nouveau style de vie; Etudier les sowces d'énergie alternatives;
Eduquer le public pour que la "pression publique" influence les décisions politiques.
On peut noter que cette dernière recommandation est nouvelle dans des discussions de groupes scientifiques internationaux.
1.2. Organisation pédagogique 1.2.1. Stratégies:
Celles-ci doivent responsabiliser les étudiants et pour cela elles doivent être basées sur des résolutions de problèmes, des prises de décision, des projets, des expérimentations, etc...
1.2.2. Critères :
Les stratégies choisies seront basées sur les critères suivants : - Utiliser un rnatériellocal ;
- Replacer les contextes nationaux dans un contexte international ; - Obtenir une participation active des étudiants ;
- Les activités doivent être réalisées partie à l'intérieur, partieàl'extérieur de l'école.
Le projet comprend en outre quelques idées de manipulations, d'activités de classe et des domaines de réflexion sur les principaux problèmes portant sur les combustions
2. PROJET FRANCOPHONE
Ce premier avant-projet a été rédigé par un groupe de travail (2) durant l'Atelier organisé par le CIFEC à Luxembourg en Juillet 1990.
Une des difficultés d'un tel enseignement réside dans les relations interdisciplinaires qu'il implique. Le projet initial conçu pour des étudiants de fin d'études secondaires(16ans) peut sans doute être utilisé au premier cycle universitaire si les structures permettent une telle approche.
Une autre difficulté à résoudre est liée à la~omplexitédes relations mises en jeu dans l'environnement Un essai de carte conceptuelle a été proposé dans le document international mettant en évidence cette complexité. Seule une approche systémique paraît donc possible.
On pourra d'ailleurs noter que les demandes proposées peuvent s'adapteràd'autres problèmes àbase chimique: nucléaire, agroaJimentaïre,santé,ete...La majoritédes problèmes des sociétés - pas seulement industrielles (par exemple le problème de la culture sur brûlis)- nécessite une version intégréedanslaquelle notre système de cloisons disciplinaires ne s'applique pas.
C'est doncunproblème majeur d'éducation de trouver des solutions pour décloisonner le système si l'on veut que le produit (les étudiants) soit adapté aux besoins du monde dans lequel nous vivons.
2.1. Délimitation du problème
Du point de vue scientifique le mot combustion est ambigu.Ilest bien sûr basé sur une oxydation exothermique de substances mais la respiration est une oxydation produisant de l'énergie et ne rentre pas dans le cadre de ce module.
Nous nous limiterons donc aux combustions thermiques nécessitant un déclenchement thermique par opposition aux combustions catalytiques ou électrochimiques (pilesàcombustible). 2.2. Schéma didactique
Onpeut schématiser les systèmes en interaction de la façon suivante en faisant apparaître les flux d'entrée et les flux de sortie. Nous avons représenté les deux systèmes en amont pour le flux de combustible car ils pourraient eux aussi faire l'objet d'une étude du même type. Notons que l'avant projet est une ébauche de données plus destinées à la formation des formateurs qu'à une progression destinée aux élèves :
Combustible naturel Additif Transformation Combustible Comburant Energie Résidus
Le schéma doit pouvoir s'intégrer au système éducatif existant. Pour cela on doit prendre en compte les connaissances chimiques classiques du cycle d'enseignement.Cecidoit être vrai aussi dans les autres disciplines. Ces points de vues disciplinaires nécessitent ce que nous avons appelé une étude longitudinale du système.
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est cependant nécessaire d'ajouteràces vues traditionnelles les données -énergétiques par exemple- qui seront nécessairesàla construction de la carte conceptuelle.Pour celailsera nécessaire de conduire une étude que nous appellerons transversale à caractère interdisciplinaire. Les principaux contacts interdisciplinaires se développeront avec la physique, les sciences biologiques et géologiques et les sciences socio-économiques.
2.3. Objectifs
Avec la nature du projet, nous n'insisterons pas sur les objectifs de connaissances et de savoir faire, qui, comme nous l'avons dit ci-dessus doivent s'intégrer au système existant.
Par contreil nous paraît indispensable d'introduire dans un tel module des objectifs de comportement liés en particulier àlaresponsabilisation et aux prisesde décisions. Ceci peut se faire par la construction de réponses rationnellesàun problème posé (recyclage, diminution des nuisances, de la quantité d'énergie consommée, ...)
Deplus les objectifs doivent s'appuyer sur l'activité des élèves:
- Activité expérimentale: nécessité d'imaginer des expérimentations adaptées au problème ; - Activité documentaire.
2.4. Généralités sur l'étude "longitudinale"
Nous resterons ici dans les généralités en développant un peu plus le "regard du chimiste".
2.4.1. Regard du éhimiste :
Si l'on veut expliciter les considérations énergétiquesàce niveau on doit partir d'éléments simples en examinant d'abord le problème des éléments intervenant dans les combustibles (combustion de l'hydrogène, du carbone, avec les considérations sur les deux oxydes possibles, et du soufre qui intervient dans les nuisances).
Onexaminera ensuite ce qui se passe avec des composés purs sur lesquels des discussions sont possibles concernant la combustion complète et incomplète: hydrocarbures (de divers types) et alcools.
Enfin on passera aux carburants usuels (gaz, alcools, produits pétroliers, charbon, bois) en explicitant les nécessités des transformations (systèmes amont) et les épurations (systèmes avals).
Oninsistera sur les problèmes de pouvoir calorifique et des additifs ou des produits existants au départ (charbon, bois) et sur le rôle de l'azote (toujours oublié).
2.4.2. Autres disciplines concernées et problèmes:
- Physique : effet de serre, propriétés physiques des carburants (volatilité de l'alcool, perméabilité de l'hydrogène, etc...)
- Biologique: Problème des cycles biologiques. Influence et concentration des résidus (Pb) dans la nature...
- Socio-économique: Rendement énergétique et rendement économique.
2.5. Généralités sur l'étude "transversale"
Les données des études longitudinales sont en général plus ou moins trouvées dans les cours des spécialistes, mais la coordination est rarement faite entre les divers aspects.
Parmiles problèmesàrésoudre :
- Trouver un langage commun- La diminution des nuisances pour la santé passe par la suppression du CO et des fumées (particules de C) et donc augmentation du C02 donc de l'effet de serre ;
- Problème de l'oxygène sur la planète.
La
molécule de dioxygène est la seule utilisable avec les énergies naturelles ;- Energies douces et renouvelables et combustions: comparaisons énergétiques (Problème du bois).
- Bilans énergétiques globaux ;
- Récupération des énergies calorifiques perdues et recyclage;
- Utilisation de combustibles non polluants (H2) ou très polluants (Charbon).
CONCLUSION
Lesujet est certainement un passage obligé dans la société actuelle. Les problèmesàrésoudre sont considérablesmaismotivants.
Un appel est lancé car les bras manquent toujours pour résoudre des problèmes vitaux pour un monde vivable. Toute personne voulant travailler sur le sujet sera la bienvenue.
L'avant-projet francophone a été rédigé par : R. BATIS - Université de Tunis (Tunisie) S. BOUCHAREB -Université de Fès(Maroc) J.C. SALLABERY - CIFEC
R. VIOVY - LIREST - CIFEC • Pourtous renseignementsécrireà : Danièle CROS - CIFEC - USTL -Case016 Place E. Bataillon - 34095 Montpellier Cedex 5.
