Comment limiter les risques électriques dans l’habitat ?

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Physique-chimie pour la santé - lycée, 1^re ST2S

Vous pouvez télécharger Comment limiter les risques électriques dans l’habitat ?  (PDF, 40 ko).

Présentation

Niveau : lycée, 1^re ST2S.
Discipline : physique-chimie pour la santé.
Durée : 6 séances (dont 2 TP de 1 h 30 chacun).
Matériel et outils : ordinateurs équipés du logiciel (gratuit) Oscillo de S. Lagier (séance 2) ; tablettes ou ordinateurs ; maquette Pierron « Securitec 100 » avec disjoncteur et accessoires, générateur 6 V alternatif et 4 fils + maquette disjoncteur Jeulin 2 A et plusieurs lampes, 6 fils de connexion (séance 4).
Ressources : vidéo  Les fondamentaux « Les dangers de l’électricité » (épisode 4, Réseau Canopé, 2019), documents iconographiques et textuels créés pour le TP* (séance 2).

Les ressources marquées d’un astérisque sont fournies dans le PDF à télécharger.
 

Compétences du Socle commun

• S’approprier : rechercher et organiser les informations en lien avec la problématique étudiée.
• Analyser : proposer une stratégie de résolution de problème.
• Réaliser : mettre en œuvre un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité adaptées ; effectuer des procédures courantes (calculs) ; mener une démarche.
• Communiquer : présenter de manière argumentée une démarche synthétique et cohérente ; utiliser un vocabulaire adapté.
   

Objectifs

• Connaître les caractéristiques de la tension du secteur ; exploiter un oscillogramme.
• Définir le courant électrique et son intensité.
• Relier l’intensité du courant électrique à la détérioration d’appareils électriques.
• Décrire le principe d’un disjoncteur.
• Savoir que le corps humain conduit l’électricité.
• Maîtriser les règles à respecter afin d’éviter les risques d’électrisation.
• Décrire l’importance de la mise à la terre lors du branchement d’appareils électriques.
• Mettre en œuvre un protocole permettant de montrer l’intérêt d’un disjoncteur.
   

Principaux éléments de la problématique

Lors de cette séquence, les élèves revoient certaines notions apprises au collège et en 2^de (signal périodique, fréquence et période) dans le but de déterminer les caractéristiques de la tension du secteur en France. Dans un deuxième temps, ils identifient les différentes situations à risque présentes dans les habitations, comprennent pourquoi elles sont à risque pour les humains et pour le matériel, puis découvrent les dispositifs de protection qui sont mis en place pour prévenir ces risques.
 

Déroulé de la séquence

Séance 1. Rappel des notions

Durée : 1 heure

On propose d’abord une évaluation diagnostique (qui peut être organisée avec un dispositif de QCM interactif, par exemple Plickers), afin de saisir les représentations initiales des élèves sur les notions de « signal continu », de « signal périodique », de « signal périodique et alternatif » et de « signal quelconque ». Les élèves, répartis en îlots, doivent ensuite proposer une définition pour chacune de ces notions (avec un exemple). La séance se finit par une mise en commun. Les définitions retenues par la classe sont indiquées dans le bilan (ainsi que les définitions de « période », « valeur maximale », « valeur minimale » et « fréquence »).

Séance 2. Quelles sont les caractéristiques de la tension du secteur en France ?

Durée : 1 heure 30 (TP)

À partir d’une situation déclenchante (étiquette d’un chargeur), les élèves doivent poser un problème, émettre une hypothèse, la vérifier et résoudre le problème à l’aide d’un logiciel de simulation (en déterminant tension maximale, tension efficace, période, fréquence et en comparant avec l’étiquette de la situation déclenchante). Lors de la mise en commun, les élèves notent en conclusion les caractéristiques de la tension du secteur en France, qu’ils ont fait émerger au cours du TP.

Voir le détail de la séance ci-dessous.

Séance 3. Qu’est-ce que le courant électrique et quels sont ses dangers ?

Durée : 1 heure

Après visionnage d’un épisode des Fondamentaux « Les dangers de l’électricité », les élèves, par îlots, doivent réaliser une fiche (ou un poster) sur les différents dangers identifiés et les solutions simples pour les prévenir.

Dans un deuxième temps, ils doivent réfléchir autour de deux documents : un graphique détaillant les effets du courant sur le corps humain*, une photo illustrant les risques d’incendie lors de l’utilisation de multiprises*. Les échanges sont lancés par des questions formulées par l’enseignant et les élèves : que représente ce graphique ? Quelles sont les grandeurs en abscisse, en ordonnée ? En déduire la grandeur responsable du danger pour l’homme. Quelle est la valeur au-dessus de laquelle il y a un risque pour la santé ? Pourquoi le corps humain conduit le courant électrique ? Commenter la photo.
L’enseignant amène ainsi ses élèves à la définition du courant électrique et de son intensité, puis il les conduit à appréhender ses dangers pour l’être humain (définition d’électrocution et électrisation) et pour les appareils.

Séance 4. Quels sont les dispositifs de protection présents dans les habitations ?

Durée : 1 heure 30 (TP)

Ce TP se déroule sous la forme de plusieurs ateliers tournant durant la séance (le matériel coûtant assez cher, il est rare de disposer de plusieurs maquettes identiques, d’où la nécessité de les faire tourner).

• Atelier 1 : mise en évidence du rôle de la prise de terre et du disjoncteur différentiel (autour de la maquette Pierron « Securitec 100 »).
• Atelier 2 : mise en évidence du rôle du disjoncteur magnétique ou à fusible en cas de surintensité lorsque plusieurs appareils sont branchés simultanément (autour de la maquette Jeulin 2 A, avec plusieurs lampes).
• Atelier 3 : appréhension du rôle de ces dispositifs à travers le visionnage de vidéos sur ordinateur, par exemple l’émission C’est pas sorcier « Électricité » (1997, de 17 à 23 minutes environ) ou bien la vidéo  « Disjoncteur » de Watt’s Up (2013).

Séance 5. Mobilisation des connaissances acquises dans des exercices

Durée : 1 heure

Séance 6. Évaluation

Durée : 1 heure

Voir le détail ci-dessous.

Séance 2. Quelles sont les caractéristiques de la tension du secteur en France ?

Durée : 1 heure 30 (TP)

L’enseignant propose aux élèves la situation déclenchante suivante (texte + image de chargeur), et leur demande de formuler une problématique, c’est-à-dire une question qui servira d’objectif pour ce TP.

Situation déclenchante

À peine Kim est-elle arrivée à son club de vacances au Brésil, c’est la panique : elle a perdu son chargeur de téléphone ! Heureusement, elle peut en acheter un à la boutique de l’hôtel, dont voici l’étiquette*. À son retour en France, Kim voudrait savoir si elle peut continuer à utiliser ce chargeur en toute sécurité, ou bien si elle doit racheter un chargeur français.

Problématique

Pendant que les élèves formulent leur problématique, l’enseignant passe de groupe en groupe pour vérifier que les élèves sont sur la bonne voie et les guider si besoin. Le cas échéant, il peut être utile de préciser aux élèves que cette séance s’appuie sur la précédente, afin de les inciter à regarder le vocabulaire et les notions vues à cette occasion, pour qu’ils les retrouvent sur l’étiquette. On peut aussi leur indiquer que la forme de la prise est la même qu’en France (pour éviter les problèmes de type : est-ce que le chargeur rentrera dans les prises françaises ?). Les élèves sont également invités à regarder leur propre chargeur (que beaucoup ont toujours sur eux) pour comparer les étiquettes.

Une fois la problématique posée (chaque groupe a la sienne), les élèves doivent formuler une hypothèse (qui devra être validée ou invalidée en fin de TP). Pour les aider, deux documents* leur sont donnés en début de travail. Ils disposent également de la consigne du TP ci-après, associée au document 3*.

Travail à réaliser

Les élèves travaillent en binômes, sur un ordinateur équipé du logiciel Oscillo de Serge Lagier.

Méthode de travail

Les élèves sont en autonomie : la consigne est volontairement large (« exploiter » le signal), pour les inciter à se baser sur les notions du cours précédent. L’enseignant se déplace de groupe en groupe afin d’indiquer aux élèves s’ils sont sur la bonne voie, mais surtout d’éviter les possibles découragements : pour cela des « jokers »* peuvent être distribués, selon l’avancement et le besoin, aux groupes en grande difficulté.

Bilan de la séance

À la fin de la séance, les élèves ont normalement tous obtenu les caractéristiques de la tension en France : après mise en commun, ils peuvent donc noter ces valeurs dans la conclusion. Un temps peut également être consacré à la fin de la séance pour les autres éléments du chargeur remarqués par les élèves lors de ce TP : classe de l’appareil, déchet, output…
 

Évaluation – Indicateurs de réussite

Évaluation

On propose une tâche complexe évaluée par compétences.

Une situation déclenchante (oscillogramme d’un pays et étiquette d’appareil électrique) amène les élèves à exploiter une courbe, comme ils l’ont fait lors de la séance 2 en TP ainsi qu’en exercice (séance 5) : ils doivent trouver ses caractéristiques (tension efficace et fréquence) pour les comparer avec une étiquette. Comme pour le TP, des aides (à imprimer et découper à l’avance) peuvent être distribuées aux élèves qui seraient bloqués.

Critères de réussite

Les compétences évaluées sont les suivantes :

• s’approprier : rechercher et organiser les informations en lien avec la problématique étudiée ;
• analyser : proposer une stratégie de résolution de problème ;
• réaliser : effectuer des procédures courantes (calculs) ; mener une démarche ;
• communiquer : présenter de manière argumentée une démarche synthétique et cohérente ; utiliser un vocabulaire adapté.

Pour chaque compétence, on évalue le niveau d’acquisition :

• non évalué ;
• non acquis ;
• en cours d’acquisition ;
• acquis.
   

Autre piste pédagogique possible

Lorsque les cours ne peuvent pas avoir lieu entièrement en présentiel (grève, Covid, etc.), cette séance peut être réalisée en même temps par quelques élèves présents au lycée et par d’autres à la maison. Elle peut même être menée entièrement en distanciel, en s’assurant au préalable que chaque élève dispose d’un équipement suffisant (ordinateur ou tablette connectés à internet). Chaque élève (seul ou en binôme) choisi une des applications médicales de l’électricité (électrocardiogramme, pacemaker, défibrillateur, TENS, etc.) et réalise un poster complet expliquant le principe de fonctionnement et le rôle de ce dispositif. Les posters peuvent être réalisés sur la plateforme de conception graphique Canva : ils sont ensuite imprimés en couleur et affichés dans la classe.
 

Autrice : Oriane Redouté