Soutenance mémoire
Actuellement l’environnement numérique et technologique prend une grande ampleur dans notre vie quotidienne, dominée par l’informatique. L’exemple concret que l’on prend est « le site Internet » où l’on peut accéder à des documents déposés, ou pour écrire et diffuser un texte. Parmi ces documents déposés, figurent des cours réservés aux élèves et des documents offerts aux enseignants. Des résultats de recherches effectuées dans plusieurs centres de recherches (centre de Méthodologie de conception d’environnement multimédias interactifs en formation à distance, études des phénomènes conversationnels sur l’inforoute média et formation à distance télé-Université Québec Canada, Centre de recherches pour l’éducation permanente de l’Université Louis Pasteur- Strasbourg I, Centre multimédia de l’Université de la Réunion) ont confirmé que l’introduction des TIC dans l’enseignement-apprentissage est actuellement incontournable. Sur ce dernier cas, le site Internet présente une offre numérique en ligne qui s’adresse principalement aux élèves, aux étudiants, et même aux enseignants des écoles, collèges, lycées et universités. Il vise à mettre à leur disposition des données essentielles des principaux domaines de savoir, sous forme de textes, d’images fixes ou animées, des ressources sonores, et libres de droits pour usage scolaire. De plus, les outils de communication comme le message électronique (e-mail) et le site web sont très exploités par les établissements de recherche et d’enseignement (primaire, secondaire et universitaire). Ainsi, ce travail intitulé : « CREATION DES PAGES WEB POUR L’ENSEIGNEMENT DE L’ELECTRICITE DE LA CLASSE DE SECONDE » se situe dans l’ensemble des études et recherches menées au sein du Centre d’Etudes et de Recherches en physique-chimie (CERPC) sur l’introduction des TIC dans l’enseignement des sciences physiques. L’électricité est très utilisée dans la vie quotidienne. On peut citer à titre d’exemple l’alimentation des postes téléviseurs, des radios, des téléphones portables… La non maîtrise de la base de l’électricité (électricité de la classe de seconde) constitue des lacunes dans l’exploitation des produits de l’informatique et de l’électronique, très répandus dans les grands marchés locaux et internationaux. Les pages web sont consultables pendant toute l’année et constitue une ressource documentaire pour tous les élèves, étudiants et chercheurs.
Programme officiel d’électricité à Madagascar
Un programme répertorie l’ensemble des matières, sujets et connaissances sur lesquels porte un enseignement, un examen ou un concours. Les programmes scolaires définissent les connaissances, les savoirs et les méthodes que chaque élève doit avoir vus, parcourus et acquis tout au long de sa scolarité, dans chaque discipline et dans chaque classe. Les programmes sont élaborés par les directions du ministère le Conseil national des programmes et l’Inspection générale. Ils sont complétés par les instructions, rédigées par l’Inspection générale, qui explicitent ce qui doit absolument être étudié et acquis et ce qui est de l’ordre de l’approfondissement et du complémentaire; la didactique de chaque discipline y est précisée. Les contenus font l’objet de révisions périodiques (environ tous les cinq ou six ans). Depuis de nombreuses années, l’UERP (Unité d’Etude et de Recherche Pédagogique) fait une remise en question de leurs contenus et la demande essentielle de modification consisterait à fixer des objectifs généraux. Et à la fin de l’année scolaire, les objectifs généraux définis par le programme officiel doivent être atteints. Citons les objectifs généraux du programme d’électricité de la classe de seconde à partir de l’année scolaire 1996/1997 jusqu’à nos jours: L’élève doit être capable de (d’) :
• Interpréter le passage du courant électrique dans un conducteur métallique ;
• Définir l’intensité du courant électrique ;
• Tracer les caractéristiques de quelques dipôles ;
• Utiliser une diode électroluminescente (D.E.L), une thermistance, une photorésistance et un transistor.
Bref, ces objectifs de l’enseignement de l’électricité au lycée répondent à plusieurs exigences comme ceci :
– offrir à chacun, futur scientifique ou pas, une culture de base dans un domaine de la connaissance indispensable à la compréhension du monde qui nous entoure, et ceci à une époque où nous sommes confrontés à des choix de société, notamment en matière d’environnement,
– faire comprendre ce qui différencie la science des autres domaines de la connaissance, par une pratique de la démarche scientifique,
– faire apparaître les liens entre l’activité scientifique et le développement technologique qui conditionne notre vie quotidienne,
– permettre à chaque lycéen de s’orienter, selon ses goûts, vers des études scientifiques jusqu’au baccalauréat.
Représentations schématiques et quelques définitions
Isolants et conducteurs
— Les corps qui ne possèdent pas d’électrons libres, ne peuvent pas conduire le courant électrique : ils sont appelés isolants (ou encore diélectriques).
—Les conducteurs sont les corps qui permettent le passage du courant électrique. Contrairement aux isolants qui ne se laissent pas traversés par les courants. Les principaux conducteurs sont des métaux ainsi que leurs alliages. L’eau, le sol, le corps humain sont également des conducteurs mais de mauvais conducteurs.
—Parmi les isolants, citons l’air, le verre, le caoutchouc, la porcelaine, la céramique (utilisés pour l’isolation des lignes électriques), et de nombreuses matières plastiques comme le polyéthylène, le polystyrène, le plexiglas. Dans un interrupteur, c’est l’air isolant qui empêche le courant de passer.
—Certaines substances sont constituées d’atomes pouvant libérer un ou plusieurs électrons qui se déplacent dans le réseau atomique du matériau, produisant alors un courant électrique. Ces substances, qui peuvent être solides, liquides ou gazeuses, sont appelées conducteurs. Les meilleurs conducteurs sont les métaux, en particulier le cuivre et l’argent. Il existe également des liquides conducteurs comme les solutions électrolytiques, dans lesquelles les ions positifs se dirigent vers les points de faible potentiel, alors que les ions négatifs se déplacent dans le sens opposé. De même, dans un gaz ionisé, les ions se déplacent dans deux directions opposées selon leur charge, en générant un courant. On remarque donc que le courant électrique produit par les liquides et les gaz conducteurs est dû en fait à un double flux d’ions, à la différence de ce qui se produit dans la plupart des solides conducteurs, où le flux des électrons est unilatéral.
Facteurs dont dépend la résistance d’un fil conducteur
• Influence de la longueur
Plus un fil est long, plus sa résistance est grande.
La résistance d’un fil est proportionnelle à sa longueur.
• Influence de la grosseur:
Plus un fil est fin, plus sa résistance électrique est grande.
La résistance d’un fil est inversement proportionnelle à sa section, c’est- à-dire au carré de son diamètre (si le fil a une section circulaire)
• Influence de la nature du matériau:
Certains métaux (argent, cuivre, or, aluminium) sont meilleurs conducteurs que d’autres (fer, plomb).
On réalise des alliages métalliques qui ont des résistances électriques beaucoup plus importantes que les métaux qui les constituent (nichrome, maillechort…).
Autres exemples de composants résistifs
– Les Photorésistances dont la valeur de la résistance dépend de l’éclairement sont constituées d’inclusions de sulfure de cadmium dans du plastique.
– Les Thermistances dont la valeur de la résistance dépend de la température, sont des composants formés d’une agglomération d’une poudre de semi-conducteur que l’on obtient par frittage d’oxydes métalliques. Elles peuvent être utilisées comme capteur de température avec de faibles intensités, comme régulateur de température, ou protecteur contre les surintensités. Le coefficient de température peut être négatif (CTN) ou positif (CTP) selon les matériaux utilisés. Les CTP (Coefficient de Température Positif, en anglais PTC, Positive Temperature Coefficient) sont des thermistances dont la résistance augmente fortement avec la température dans une plage de température limitée (typiquement entre 0 et 100°C), mais diminue en dehors de cette zone.
Les Thermistances a coefficient de température négatif (CTN) sont des résistances dont la résistance à dissipation nulle (sans passage de courant), diminue lorsque la température augmente.
– Les Varistances (en anglais voltage dependent resistor), dont la valeur de la résistance est fonction de la tension appliquée. Ce sont des composants constitués de cristaux de carbures de silicium agglomérés par un liant céramique. Leur résistance varie en fonction de la différence de potentiel entre ses bornes: ce sont des composants non linéaires. Elles sont utilisées en régulation de tension et en protection contre les surtensions.
SEMI-CONDUCTEURS
Les semi-conducteurs sont des conducteurs non métalliques ayant une résistivité intermédiaire entre celles des conducteurs et celles des isolants. Ils ont un coefficient de température négatif. Ils sont utilisés sous forme cristalline et chacun de leurs atomes est lié par des liaisons de covalence avec les atomes voisins. Des corps composés d’éléments ont eux aussi des propriétés semi-conductrices: arséniure de gallium (GaAs), phosphure de gallium (GaP), sulfure de cadmium (CdS), antimoniure d’indium (InSb), carbure de silicium, certains sulfures, certains oxydes.
Raffinage
Par des procédés chimiques, le taux d’impuretés du matériau est amené à 10⁻⁸, puis les lingots sont passés dans un four à induction où seule une petite zone du lingot fond. Cette zone fondue progresse d’un bout à l’autre du lingot drainant les impuretés; l’opération est recommencée autant de fois que nécessaire. Le taux d’impuretés doit alors atteindre 10⁻¹² .
Production du cristal
Le semi-conducteur est porté juste à sa température de fusion. Une amorce de cristal est posée sur la surface semi-liquide. Le semi-conducteur en contact avec l’amorce va se solidifier et chacun des atomes va s’organiser en liaison de covalence avec les atomes de l’amorce recopiant ainsi la structure cristalline de celle-ci. Le barreau est alors tiré très lentement de la surface en fusion avec un mouvement de rotation très lent. Un autre moyen appelé croissance épitaxiale (du grec: « épi »: sur et « teinen »: arranger) consiste à mettre en contact une surface cristalline avec des vapeurs du même matériau. Les atomes se déposent sur la surface recopiant ainsi encore la structure. Ce procédé est utilisé dans certaines phases de la réalisation des circuits intégrés pour faire croître le semiconducteur de quelques couches d’atomes.
Semi-conducteurs dopés
Des impuretés choisies parmi les corps d’éléments périodiques voisins dans la classification périodique (tableau de Mendeleïev) sont ajoutées à un taux de l’ordre de 10⁻⁸ au semi-conducteur. Les atomes des impuretés s’organisent en liaison de covalence avec les atomes voisins, mais ils ont un électron surnuméraire (semi-conducteur dopé N) ou manquant (dopé P). Cet électron ou cette absence d’électron (appelée parfois lacune ou trou) dispose d’une très grande mobilité du fait de sa non participation aux liaisons inter atomiques. A la conductibilité intrinsèque du semi conducteur pur, s’ajoute alors la conductibilité extrinsèque qui dépend du taux de dopage .Un premier dopage peut être opéré avant l’étirage du barreau, autrement les dopages sont obtenus par diffusion des impuretés sous forme gazeuse à l’intérieur du semi-conducteur.
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Table des matières
Introduction
Première partie : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
I : Programme officiel d’électricité à Madagascar
II: Représentations schématiques et quelques définitions
II-1 : Isolants et conducteurs
II-1-1 Expression de la résistivité d’une tige conductrice
II-1-2 Facteurs dont dépend la résistance
d’un fil conducteur
II-1-3 Résistivité d’un matériau conducteur
II-2 LES CONDUCTEURS OHMIQUES
II-2-1 : Résistances réglables ou ajustables
II-2-2 : Rhéostat
II-2-3 : Résistance ajustable
II-2-4 : Le potentiomètre
II-2-5 : Les résistors
II-2-5-1 : La résistance : concept électrotechnique
II-2-5-2 : Résistance statique
II-2-5-3 : Résistance dynamique
II-2-5-4 : Les codes de couleur
II-2-5-5 : Résistances à quatre anneaux
II-2-5-6 : Résistances à cinq anneaux
II-2-5-7 : Résistances à six anneaux
II-2-5-8 : Séries normalisées
II-2-5-9 : Enoncé de la loi d’OHM
II-2-5-10 : Autres exemples de composants résistifs
II-3 SEMI-CONDUCTEURS
II-3-1 : Raffinage
II-3-2 : Production du cristal
II-3-3 : Semi-conducteurs dopés
II-3-4 : Porteurs majoritaires
II-4 DIODES
II-4-1 : Jonction PN
II-4-2 : Eléments capacitifs
II-4-3 : Temps de recouvrement
II-4-4 : Diodes de redressement
II-4-5 : Diodes régulatrices de tension (diodes Zener)
II- 4-6 : Diodes électroluminescentes
II-4-7 : Photodiodes
II-4- 8 : Principe de fonctionnement
II-4-9 : Autres types de diode
II-5 TRANSISTORS BIPOLAIRES
II-5-1 : Effet transistor
II-5-2 : Constitution
II-5-3 : Transistor MOSFET
II-5-3 : Principe de fonctionnement
Deuxième partie : CONCEPTION DU COURS D’ELECTRICITE DE LA CLASSE DE SECONDE
I- PHENOMENES D’ELECTRISATION
I-1 : L’électrisation
I-1-1 : Observations courantes
I-1-2 : Conclusion
I-2 Les deux sortes d’électrisation
I-2-1 : Expériences
I-2-2 : Observations
I-2-3 : Interprétation
I-2-4 : Généralisation
I-2-5 : Unité de charge électrique
I-3 : Interprétation des phénomènes d’électrisation
II- Le courant électrique
II-1 : L’électron démasqué par Crookes
II-2 : L’électron
II-3 : Nature du courant électrique dans les métaux
II-4 : Le sens conventionnel du courant
II-5 : Courant électrique dans la solution de chlorure de cuivre
III – INTENSITE
III-1 : Définition
III-2 : Unité et mesure d’intensité
III-3 : Etude expérimentale d’un circuit sans dérivation
III-4 : Intensités de courant dérivés
IV- TENSION ENTRE DEUX POINTS D’UN CIRCUIT
IV-1 : Définition
IV-2 : Unité et mesure de tension
IV-3 : Production d’une tension alternative
V- DIPOLES PASSIFS
V-1 : Définition
V-2 : Etude expérimentale d’un dipôle passif
VI – CONDUCTEURS OHMIQUES
VII- LES DIODES
VII-1 : Diode Si (Silicium)
VII-2 : Diode Zener
VIII- ASSOCIATION DES DIPOLES PASSIFS
VIII-1 : La loi des nœuds
VIII-2 : Association en série
VIII-3 : Association en parallèle
VIII-4 : Cas des conducteurs ohmiques : les résistances
VIII-4-1 : Association en série
VIII-4-2 : Association en parallèle
IX- MONTAGE ELECTRONIQUE
IX-1 : Diode, redressement d’une tension alternative
X-FORCE ELECTROMOTRICE ET RESISTANCE INTERNE DE LA PILE
X-I Recherche du point de fonctionnement
XII- THERMISTANCE
XIII-PHOTORESISTANCE
XIV- TRANSISTOR
XIV-1 Caractéristiques et propriétés
Troisième partie : CARACTERISTIQUES DE LA PAGE WEB ET PROPOSITION DES FICHES DE TRAVAUX PRATIQUES
I- Caractéristiques de la page web
I-1 Qu’est ce qu’un site web
I-2 Création d’une page web sur HTML
II-Structure générale d’un document HTML
III- Différents exemples de balise
III-I Les balises
III-2 Notion d’attribut
III-3 Les balises pour créer des cadres sur une page web
III-4 Comment créer un lien sur un texte sélectionné
IV- Les étapes d’élaboration de la page web sous forme d’organigramme
V-Les avantages sur les cours diffusés par internet
VI- Fiche TP
V-1 Fiche TP d’un résistor
V-2 Fiche TP d’une lampe à incandescence
Conclusion
