M4S3_RE

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Cours: Science 4e secondaire (ST / STE) - 2023-2024 - Douance
Livre: M4S3_RE
Imprimé par: Visiteur anonyme
Date: samedi 19 juillet 2025, 05:25

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Tu dois parcourir l'ensemble des chapitres de ce cahier de  ressources pour bien te préparer au test de validation de cette station.

1. Oxydation (STE)

1.1 Oxydation rapide : le pouvoir du feu

L'oxydation est une transformation chimique dans laquelle le dioxygène (O2) ou tout autre substance ayant des propriétés semblables réagit avec une substance pour former de nouveaux produits. 


L'exemple typique de l'oxydation est la combustion que nous étudierons plus en détails dans la station suivante, mais ce n'est pas la seule. En vérité, la combustion est une oxydation rapide d'un combustible (substance qui brûle) qui dégage une grande quantité d'énergie, mais cette réaction n'est pas la seule que l'on considère comme une oxydation. 

Prenons l'exemple du sucre. Si on approche une flamme d'un cube de sucre, celui-ci peut s'enflammer. On parle alors de combustion ou d'oxydation rapide. Or, tu brûles actuellement du sucre. Ta respiration, ou plus précisément l'oxygène que tu respires, permet à ton corps d'utiliser l'énergie contenue dans les liaisons chimiques du sucre pour bouger, pour réfléchir, pour te réchauffer ou pour percevoir des stimuli à l'aide de tes sens. Évidement, Tu n'as pas une flamme à l'intérieur du corps (du moins, au sens propre du terme). Tu verras la respiration cellulaire, un autre type d'oxydation, dans une station ultérieure de ce module. 

1.2 Oxydation lente : Corrosion et dégradation

Les bananes noircissent, le toit du château Frontenac verdit et les clous deviennent oranges avec le temps. Les exemples d'oxydations lentes sont nombreux et variés. 

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Le château Frontenac dont le toit en cuivre s'oxyde et devient vert. 
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La prison d'Alcatraz à San Francisco a été abandonnée puisque l'oxydation et la détérioration étaient accélérées par la proximité de l'eau salée de la mer. 
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Les fruits peuvent aussi s'oxyder, tout comme les huiles ou bien d'autres produits alimentaires. 


L'oxydation des métaux forme de la rouille. C'est le cas par exemple du cuivre ou du fer. Ça signifie que ce n'est pas l'eau, mais bien l'oxygène qui oxyde les métaux. Pourtant, certains facteurs, comme l'eau ou l'humidité, la température ou la lumière, peuvent accélérer le processus d'oxydation. On peut donc protéger les métaux de la rouille en les séparant de l'oxygène. C'est la raison pour laquelle on applique des revêtements comme du vernis ou de la peinture sur certains matériaux. D'autres procédés peuvent aussi protéger les matériaux comme la galvanisation par exemple. 


1.3 Et les autres

L'oxygène n'est pas la seule substance qui est considérée comme étant un oxydant. Le dichlore (Cl2) ou le dibrome (Br2) peuvent être des oxydants par exemple. Certains êtres vivants vivent dans des milieux dits anaérobiques, c'est-à-dire des milieux qui n'ont pas d'oxygène. Comment ces êtres vivants respirent-ils ? Ils utilisent d'autres composés pour les substituer à l'oxygène. C'est d'ailleurs ce type de respiration qui cause l'odeur nauséabonde d'œuf pourri près de certains lacs. Les bactéries utilisent alors les composés de souffre comme agents oxydants. 

1.4 Vidéo récapitulatif

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2. Combustion

Qu'est-ce qu'un feu a besoin pour survivre ?

Pour survivre, un feu a besoin principalement de trois éléments. Si l'un de ces éléments manque, le feu ne survivra pas. Cependant, dès que les trois éléments sont présents, le feu peut se raviver. Un feu éteint n'est donc pas toujours parfaitement éteint. Il est important de toujours rester vigilant lorsqu'on joue avec le feu. 

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1 La chaleur

C'est bien connu, un feu, c'est chaud. Pourtant, si le feu produit une chaleur, il en a aussi besoin. La combustion est une réaction chimique qui nécessite une quantité d'énergie plus ou moins grande pour s'activer. Il n'est donc pas nécessaire d'avoir une flamme pour partir un feu, mais il faut une source de chaleur. La foudre, le feu d'une allumette, la chaleur d'un calorifère ou d'une cuisinière, un courant électrique d'un fil mal isolé, toute source de chaleur peut potentiellement amorcer un incendie. Si on prive le feu de cette source de chaleur, il s'éteindra. 



2 Le combustible

Évidemment, pour brûler, il faut quelque chose à brûler. Un combustible peut être solide (une bûche, du charbon, du papier), liquide (de l'alcool, de l'essence, du pétrole) ou gazeux (du propane, du butane, du méthane). Sans combustible, le feu s'éteint. L'une des méthodes pour gérer un incendie est d'emprisonner le feu dans une zone et retirant la végétation qui se trouve autour. S'il n'y a pas de vent, le feu ne pourra donc que brûler la section de terrain comprise dans la zone contrôlée. C'est aussi pourquoi on recommande de garder une aire de sécurité autour d'une fournaise ou de tout autre source de chaleur. Même si la température d'ignition (température suffisante pour allumer un incendie) est atteinte, aucun feu de ne déclenchera s'il n'y a rien à brûler. 


3 Le comburant

Il y a un dernier élément essentiel à la combustion, mais qui ne se voit pas. Il s'agit de l'air, et plus précisément, du dioxygène dans l'air. C'est ce qu'on appelle le comburant. D'autres gaz peuvent agir comme comburant, mais la majorité du temps, il s'agit du dioxygène. Un soufflet (ou n'importe quel objet pouvant faire du vent) poussera l'air sur le feu afin de le raviver. C'est la raison pour laquelle le vent est si dangereux en cas d'incendie. Non seulement il peut faire voyager les braises, mais il peut aussi renforcir la flamme en apportant avec lui ce précieux comburant. Les pompiers sont particulièrement au fait de l'importance du comburant. Lorsqu'un bâtiment est en feu, on demande généralement aux gens de fermer les portes pour éviter la propagation du feu. Celui-ci brûle jusqu'à ce qu'il ne reste plus de dioxygène dans l'air. Si un pompier est appelé à intervenir dans un bâtiment, il doit donc se méfier puisqu'un feu éteint ne l'est pas nécessairement. En ouvrant la porte, une importante quantité de dioxygène peut entrer dans la pièce et raviver de façon violente une flamme pourtant éteinte. 

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2.1. Contrôler la chaleur

Tuer le feu par hypothermie

Je ne surprendrai personne en disant qu'il y a plus de feu de forêt l'été que l'hiver... du moins, au Québec. Lancer de la neige est un excellent moyen d'éteindre un feu dans un foyer extérieur. La neige absorbe la chaleur de la flamme pour fondre, puis pour s'évaporer. Privée de chaleur, la flamme meurt. C'est aussi ce qui éteint la bougie de votre gâteau d'anniversaire. Le souffle trop fort emporte avec lui la chaleur de la mèche. 

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2.2. Contrôler le combustible

Affamer le feu

Si on dit qu'il n'y a pas de fumée sans feu, il n'y a pas de feu sans combustible. La meilleure façon de terminer une soirée autour d'un feu de camp est de laisser le feu mourir de sa belle mort. Évidement, il faut ensuite s'assurer d'éteindre les braises, mais en consommant l'ensemble du combustible, on se donne de meilleures chances d'éteindre le feu pour de bon. Aussi, avant d'allumer votre feu, assure-toi de dégager une espace raisonnable qui soit libre de feuilles mortes, de brindilles ou de sapinage. Assure-toi aussi que votre feu soit entouré de pierre. Ces bonnes pratiques pourraient t'éviter de bien mauvaises surprises. 

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2.3. Contrôler le comburant

Étouffer le feu

Comme nous l'avons vu, un feu a besoin du dioxygène contenu dans l'air pour brûler. Un feu de camp peut être éteint en l'enterrant de sable. On le prive ainsi d'air (donc d'oxygène). C'est aussi pourquoi on recommande d'emballer dans une grosse couverture un individu dont les vêtements sont en feu. C'est une façon efficace d'étouffer la flamme. 

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3. Reconnaître une combustion

3. La combustion des composés organiques

Comme on l'a vu, un feu a besoin de trois éléments pour survivre, soit la chaleur, le combustible et le comburant (souvent de l'oxygène). Lorsque le combustible est un composé organique, que ce soit un hydrocarbure (substance composée de carbone et d'hydrogène tels que le propane ou le butane) ou une matière vivante comme le bois ou le sucre, celle-ci produira toujours les mêmes composés, soient de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Voici quelques exemples de réactions de combustion :


Exemples de combustion

Pourtant, dans certains cas, on peut brûler d'autres substances, des métaux par exemple. Le cuivre produit une flamme d'une couleur distinctive. En effet, la combustion du cuivre produit une flamme verte. 


Le magnésium, quant à lui, produit une lumière blanche très vive. Savais-tu que les vieux appareils photos utilisaient la combustion du magnésium pour créer le flash.

Au niveau de la formule chimique, la combustion des métaux se fait encore avec un comburant. Voici quelques exemples de combustions de métaux.  

Exemples de combustion de métaux

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4. Une combustion

Brûler du sucre

On a vu au cours de la station précédente ce qu'est la réaction de combustion. Ainsi, pour la matière dite organique, le combustible et le comburant (le dioxygène) réagissent pour former du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. Dans ce contexte, complète la réaction suivante : 

Les utilisateurs invités n’ont pas la permission d’interagir avec des questions intégrées.

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5. La respiration cellulaire

Donnez-moi de l'énergie !

Dans notre corps, la réaction globale de la combustion du sucre que l'on mange est la même. Autrement dit, notre alimentation procure le sucre, alors que notre respiration nous donne l'oxygène nécessaire à cette réaction. La respiration cellulaire est donc une réaction chimique  qui est très semblable à une combustion. Elle est aussi une réaction vitale puisqu'elle nous fournit l'énergie nécessaire à notre survie. Évidement, on ne parle pas de flamme vive, mais c'est tout de même cette énergie, sous forme chimique, qui nous permet de garder notre chaleur, de bouger (volontairement ou non), de percevoir des stimuli de notre environnement ou de réfléchir et résoudre des problèmes.  

C6H12O6 + 6O2 \( \rightarrow \)6CO2 + 6H2O + Énergie

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Dans la vidéo suivante, l'expérimentateur prouve la présence de dioxyde de carbone dans les produits de la respiration cellulaire. En effet, l'eau de chaux a cette propriété caractéristique de se brouiller en présence de CO2. Le souffle de l'homme à travers l'eau de chaux brouillant celle-ci, on sait qu'il expire du dioxyde de carbone. 



Mais attention ! Nous ne sommes pas les seuls à respirer ! Évidement, toute la vie animale repose sur la respiration cellulaire, et ce, même si certains organismes ont des modes de respiration un peu plus compliqués (spécialement ceux qui vivent en milieu anaérobique (sans oxygène)), mais il est important de savoir que les plantes aussi respirent. Ainsi, pour assurer leurs fonctions vitales, les végétaux aussi ont besoin de transformer leur sucre en énergie. 


Nous verrons lorsque nous parlerons d'eutrophisation des lacs ou lorsque nous étudierons le cycle biochimique du carbone toute l'importance de comprendre que, bien que producteurs de sucre et d'énergie, les végétaux dépendent, eux aussi, de la respiration cellulaire. 

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6. La photosynthèse

Donnez-moi de l'oxygène !

Évidemment, si les végétaux et animaux consomment de l'oxygène, il faut que quelque chose en produise. Si ce n'était pas le cas, la Terre épuiserait simplement ses réserves. Les végétaux, que ce soient des phytoplanctons ou des grands arbres, utilisent l'énergie solaire pour retransformer l'eau et le dioxyde de carbone issus de la respiration cellulaire en sucre et en dioxygène dans une réaction qu'on appelle la photosynthèse. Cette réaction permet non seulement de nous fournir du dioxygène, mais elle permet aussi aux plantes de synthétiser le glucose (sucre), un élément de base qui fait des espèces végétales la base même de la chaîne alimentaire. Il ne faut toutefois pas oublier que pour faire de la photosynthèse, il faut de l'énergie solaire !

6 CO2 + 6 H2O + Énergie solaire \( \rightarrow \) C6H12O6 + 6 O2


La photosynthèse ne se fait que le jour, alors que la respiration se fait de jour comme de nuit.

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7. Synthèse

Astuce!

Tu veux réussir mieux ! Prends le temps de consigner dans le cahier de notes l'ensemble de tes apprentissages. Tu auras ainsi un cahier non seulement ordonné, mais aussi imprimable. De plus, le fait de résumer, d'expliquer, de synthétiser la matière te permet de mieux l'assimiler. Ton temps d'étude en sera sans aucun doute réduit!

Important : Lorsque tu prends des notes dans ton cahier, tu dois toujours cliquer sur "enregistrer" pour les conserver. Une fois tes notes compilées, n'oublie pas de cocher la boite à côté de cette ressource afin d'avoir accès au test de validation de la station.

Voici ce que je retiens de la station 3 : 


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