Sciences et Zéro déchet - 2ème degré

Sciences et Zéro Déchet 2ème degré

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Assurer les apprentissages scientifiques Sensibiliser et éduquer à la protection de l'environnement et à la santé

Atelier créé par Gaëtane Coppens (ASBL SciencesInverses), Adèle De Bont (​Scienceinfuse UCLouvain) et Nadine Speliers (Ecole de chimie UCLouvain). adele.debont@uclouvain.be et coppensgaetane@gmail.com

Sciences et Zéro Déchet

1. Pourquoi s'intéresser au zéro déchet ?
2. Idées d'activités d'apprentissages et de préparations "zéro déchet" pour le D1, le D2 et le D3 en lien avec le programme de sciences
3. Renseignements complémentaires sur quelques produits classiques et "zéro déchet"

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Plus de 100 000 substances chimiquessont autorisées sur le marché européen bien qu'on ignore très souvent leurs effets potentiels sur la santé et l'environnement.

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Et même lorsqu’on connait leur toxicité, on ne les retire pas pour autant du marché.

Des études ont montré que beaucoup de produits d'hygiène contiennent ou émettent des substances cancérogènes, mutagènes et reprotoxiques.

Dans les produits ménagers

Ammoniac

Dichlore

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Tensioactifs de synthèse

COV Composés organiques volatils

Parfums chimiques

Phosphates

...

Effets des produits "d'hygiène"

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sur la santé

sur l'environnement

Difficultés respiratoires

Pollution de l'air

Toux

Troubles endocriniens

Irritations

Menaces sur les écosystèmes

Asthme

Nausées

Allergies

Pollution du sol

Pollution de l'eau

Cancers

Dans Le Symbiose n°126 https://www.symbioses.be/consulter/126/

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Activités pour le 2ème degré

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- Phénomènes physique et chimique - Modélisation de la réaction chimique - Lavoisier - Identification des gaz - Matériel de laboratoire - Solution - Dissolution et dilution - Précipitation - Stoechiométrie

Gommage pour le corps à base d'huile et de sel 1°) Préparer le mélange pour le gommage2°) Observer et expliquer les phénomènes qui se produisent dans l'eauMener une démarche d'investigation

Boules de bain effervescentes 1°) Préparer des boules de bain 2°) Observer et expliquer les phénomènes qui se produisent dans l'eau Mener une démarche d'investigation

Détartrants et gel de vinaigre 1°) Comparer la composition de différents détartrants 2°) Observer et expliquer la réaction entre l'acide et le tartre Analyse qualitative et quantitative Mener une démarche d'investigation 3°) Préparer un gel de vinaigre

Gommage pour le corps à base d'huile et de fleurs de sel Miscible-non miscibe, dissolution réversible

1°) La préparation pour le gommage

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Dans un bol, mélanger

• 3 cuillères à soupe de sel (sel de Guérande, de Camargue...)
• 2 cuillères à soupe de l’huile végétale de votre choix (amande, olive...)

Préparation pour le gommage

Matériel et réactifs

Gommage pour le corps à base d'huile et de fleurs de sel - suite

Pendant le gommage relever et noter ses observations avec soin.

2°) Gommage des mains dans un bassin d'eau tiède

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Bac d'eau tiède après nettoyage des mains : le sel s'est dissous, on observe des gouttes d'huile à la surface de l'eau.

Bac d'eau tiède et mélange pour le gommage

3°) Mener une démarche d'investigation

Que se passe-t-il lors du gommage dans l'eau tiède ?

• Emettre des hypothèses capables d'expliquer les phénomènes observés.
• Imaginer et réaliser des expériences permettant d'éprouver les hypothèses émises.
• Analyser les résultats obtenus.

• Conclure en essayant de répondre à la question de départ.
• Communiquer le travail réalisé de manière structurée.

Gommage pour le corps à base d'huile et de fleurs de sel - suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Mettre séparément l'huile et le sel dans l'eau.
• Vaporiser l'eau du mélange eau + sel pour récupérer le sel.
• Comparer la conductivité de l'eau à celle de l'eau salée.

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Remarque : Avec un simple ampèremètre, un générateur de tension et deux électrodes, il est tout à fait possible de comparer la conductivité des solutions.

Mesure de la conductivité de l'eau salée (25 mS/cm), de l'eau de distribution (800 µS/cm/cm) et de l'eau déminéralisée (< 2 µS/cm/cm) Ces mesures dépendent évidemment des concentrations en ions.

Boules de bain effervescentes Phénomènes physiques et chimiques

1°) Préparation des boules de bain

Produits : 8 mesures de bicarbonate de soude (NaHCO3), 4 mesures d'acide citrique (tri acide C6H8O7), 2 mesures d'huile d'amande douce, quelques gouttes d'huile essentielle de lavande.

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Mode opératoire :

• Mettre l'ensemble des ingrédients dans un bol et mélanger. Attention, lors de l'ajout de l'huile, veillez à tout de suite l'intégrer au solide afin que la réaction ne démarre pas.

• Transvaser dans un moule. Tasser le mélange à l'aide d'une spatule ou avec ses doigts.

• Mettre le moule avec le mélange dans un congélateur pendant au moins 30 minutes ou laisser les reposer durant 3 jours. Démouler.

Remarque : Les boules de bain doivent être stockées à l'abri de l'humidité.

Matériel et réactifs

Boule de bain démoulée

Boules de bain dans les moules

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation

• Mettre une boule de bain dans l'eau et observer. Que se produit-il ?
• Emettre des hypothèses capables d'expliquer les phénomènes observés.
• Imaginer et réaliser des expériences permettant d'éprouver les hypothèses émises.
• Analyser les résultats obtenus.
• Conclure en essayant de répondre à la question de départ.
• Communiquer le travail réalisé de manière structurée.

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Dès que la boule de bain est plongée dans l'eau, on observe une effervescence

Une fois la réaction terminée, on observe l'huile qui surnage

Matériel et réactifs

L'équation de la réaction est : C6H8O7 + 3 NaHCO3 → C6H5O7Na3 + 3 CO2 + 3 H2O

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation - suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Vérifier si les produits isolés peuvent réagir avec l'eau.

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Introduction d'acide citrique (à gauche) et de bicarbonate (à droite) dans de l'eau et mesure du pH. On constate que chacun de ces réactifs réagit avec l'eau. L'acide citrique est un acide faible. Le bicarbonate est une base faible.

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation -suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Mélanger les produits par deux, ajouter de l'eau et observer. Mesurer le pH et la température.

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L'addition d'eau sur un mélande d'acide citrique et de bicarbonate de soude produit immédiatement une réaction avec une effervescence importante

Mesure du pH

• d'une solution d'acide citrique(pH≈ 2)
• d'une solution de bicarbonate (pH≈ 9)
• de la solution après réaction (pH≈ 7)

Évolution de la température : La réaction est fortement endothermique. Elle produit une baisse de la température que l'on peut mesure avec un thermomètre et qui est perceptible par contact.

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation - suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Recueillir le gaz dégagé et essayer de l'identifier à l'aide d'un test
• Eteindre une bougie

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Matériel et réactifs

On recueille le gaz produit et on le fait couler doucement sur une bougie : la bougie s'éteint.

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation - suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Recueillir le gaz dégagé et essayer de l'identifier à l'aide d'un test
• Eteindre une bougie

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Le gaz produit par la réaction est dirigé dans le fond du berlin : la bougie s'éteint rapidement.

Matériel et réactifs

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation - suite

Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Recueillir le gaz dégagé et essayer de l'identifier à l'aide d'un test
• Trouble de l'eau de chaux

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Le gaz produit est dirigé dans un tube à essai contenant de l'eau de chaux. L'eau de chaux se trouble : Ca+2(aq) + 2 OH-(aq) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(l)

Le thermomètre plongé dans le milieu réactionnel indique une baisse de température de plusieurs degrés. La réaction entre l'acide citrique et le bicarbonate de soude est endothermique.

Remarque : Il faut veiller à ne pas trop charger la solution d'eau de chaux en dioxyde de carbone. Un grand excès de dioxyde de carbone peut en effet conduire le précipité de CaCO3 à se redissoudre sous forme de bicarbonate. CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → Ca2+(aq) + 2 HCO3–(aq)

Boules de bain effervescentes - suite

2°) Mener une démarche d'investigation - suite

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Expériences qui pourraient être proposées et réalisées par les élèves :

• Déposer entre lame et lamelle une goutte d'eau de chaux et une goutte d'eau de chaux troublée par le dioxyde de carbone. Regarder au microscope optique au grand grossissement.

Dans l'eau de chaux troublée, on distingue très clairement les cristaux de carbonate de calcium. (Ceux-ci peuvent présenter différentes formes.)

Détartrants et gel de vinaigre - Réaction acide base1°) Comparer la composition de différents détartrants

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Détartrants ≠ Antitartre

Détartrants et gel de vinaigre - suite 2°) Observer et expliquer la réaction entre l'acide et le tartre Mener une démarche d'investigation

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• Verser du vinaigre dans une bouilloire entartrée et observer. Que se produit-il ?
• Emettre des hypothèses capables d'expliquer les phénomènes observés.
• Imaginer et réaliser des expériences permettant d'éprouver les hypothèses émises.
• Analyser les résultats obtenus.
• Conclure en essayant de répondre à la question de départ.
• Communiquer le travail réalisé de manière structurée.

Activités à réaliser par les élèves :

• Rechercher la composition chimique du tartre et du vinaigre.
• Mettre du CaCO3 dans l'eau, dans du vinaigre, dans une solution diluée d'un autre acide.
• Recueillir le gaz dégagé et essayer de l'identifier à l'aide d'un test.

Détartrants et gel de vinaigre - suite 3°) Analyser la réaction entre le vinaigre et CaCO3 d'un point de vue quantitatif.

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Remarque : Pour cette expérience une masse précise de CaCO3 est insérée dans le flacon. Un volume connu et en excès de vinaigre est versé depuis l'ampoule à décanter dans le flacon. Avant de relever en fin de réaction le volume de gaz dans l'éprouvette, il faut s'assurer que sa pression soit égale à la pression atmosphérique, pour cela, il faut alligner les niveaux d'eau de l'éprouvette et du bassin en déplaçant l'éprouvette ou en ajoutant de l'eau dans le bassin. Au volume relevé il ne faut pas oublier de déduire le volume d'air déplacé par l'ajout de vinaigre. Il est intéressant de signaler que le montage n'est pas parfaitement étanche et que le CO2 est légèrement soluble dans l'eau.

Matériel et montage

• Exemple de problème stoechiométrique qui peut être proposé

Détartrants et gel de vinaigre - suite 4°) Préparation d'un gel de vinaigre

Produit très efficace, écologique et peu honéreux pour le nettoyage des sanitaires.

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• Chauffer 200 ml d’eau.
• Quand l'eau est chaude, ajouter 3 g d'agar agar, bien mélanger et faire bouillir quelques instants.
• Couper la source de chaleur et ajouter 300ml de vinaigre ménager. Mélanger à nouveau, idéalement avec un mixer.
• Le liquide deviendra gélatineux en refroidissant. S'il devient trop épais, ajouter du vinaigre et mixer à nouveau.
• Transvaser le mélange dans un flacon de récupération en plastique souple avec bec verseur.

• Comprendre les propriétés de gélification de l'agar agar

Informations complémentaires sur certains produits

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Informations complémentaires sur certains produits

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À privilégier :

• Le vinaigre blanc
• L'acide citrique
• Le bicarbonate de soude
• Le carbonate de soude
• Le percarbonate de soude
• Le savon noir
• Le vrai savon de Marseille

• Les huiles essentielles
• L'huile de coude

À éviter :

• L'eau de Javel
• L'ammoniaque
• Les déboucheurs de canalisation
• Les sprays

On évite

L’eau de javel Pollue et intoxique depuis sa production jusqu’à son utilisation et son rejet avec les eaux usées. Elle libère du chlore qui a un effet toxique sur l’environnement et sur notre santé.

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L'eau de Javel ne nettoie pas. Désinfecter nos intérieurs à l'eau Javel est rarement utileet peut même entraîner l’apparition de germes plusagressifs en détruisant certains équilibres microbiens.

FDS

On évite

L'ammoniaque Produit à manier avec beaucoup de précaution, toujours avec des gants en plastique et dans une pièce aérée. Les risques sanitaires sont importants en cas de contact avec la peau, d'inhalation ou d'ingestion.

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L'ammoniaque est une solution aqueuse d'ammoniac. Attention : Dès qu'on ouvre une bouteille d'ammoniaque, de l'ammoniac (gazeux) s'échappe.

FDS

On évite

Les déboucheurs de canalisation Contiennent des bases ou acides forts extrêmement nocifs qui causent des brûlures de deuxième, voire parfois de troisième degré.

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Et surtout, on ne les mélange pas, car la réaction entre un acide et une base peut être très violente !

On évite

Les sprays Décapants pour four, lave-vitres, désodorisants, "assainissants",... La majorité contient des COV irritants, allergènes,...

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On préfère

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On préfère

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Le vinaigre blancDétartre, dégraisse, désodorise et désinfecte. Il peut être utilisé sur les sols, le plan de cuisine, les vitres, la salle de bain, pour adoucir le linge et encore pour détartrer bouilloires et cafetières,...

Précautions d'utilisation

CH3COOH(aq)

On préfère

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L'acide citriqueTriacide organique présent dans le citron. Produit multi-usages, souvent utilisé pour ajuster le pH, détartrer et enlever la rouille.

Produit irritant

Précautions d'utilisation

FDS

C6H8O7 (s)

On préfère

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Le bicarbonate de soudeProduit polyvalent, économique et sans danger. Il nettoie et absorbe les odeurs, lutte contre les allergènes,…

Plus d'informations sur le bicarbonate de soude

NaHCO3

FDS

On préfère

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Le carbonate de soude Nettoie, dégraisse, désodorise, adoucit l’eau,… Sans danger pour l'environnement. À manipuler avec des gants et quelques précautions* car il est plus corrosif que le bicarbonate de soude.

* Précautions d'utilisation

FDS

Na2CO3

On préfère

Le percarbonate de soude Détachant, blanchissant, désinfectant et désodorisant naturel du linge, il est aussi appelé eau oxygénée solide. Il s’utilise également pour le traitement des moisissures et comme dégrisant pour le bois.

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2Na2CO3.3H2O2

Précautions d'utilisation

FDS

On préfère

Le savon noirNettoie, dégraisse, détache, nourrit... On l’utilise dans toutes les pièces de la maison, pour la lessive et même au jardin. Très écologique et économique, il s'utilise dilué dans l'eau sur tout type de sol, le four, la hotte, les vitres, il détache les textiles avant lavage,...

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Savon potassique à base d'huile d'olive ou d'huile de lin (Carboxylates de potassium à longue chaîne carbonée)

On préfère

Le VRAI savon de MarseilleTrès efficace pour le lavage du linge...

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Sans parfum ajouté, sans paraben, sans colorant, sans agent surmoussant, sans phosphate, sans conservateur. Non allergène.

Savon sodique à base d'huile d'olives (Carboxylates de sodium à longue chaine carbonée)

On préfère

Les huiles essentielles Elles peuvent être utiles pour leurs odeurs agréables, leur pouvoir désinfectant... Mais sachez qu’elles peuvent être irritantes, allergisantes, et mêmes dangereuses pour les femmes enceintes et les jeunes enfants... Ces produits sont très concentrés et nécessitent souvent des quantités impressionnantes de plantes pour leur production. Il convient donc de limiter l’ajout d’huiles essentielles au strict nécessaire.

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On préfère

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L'huile de coude Dans de nombreux cas, dépoussierrage et lavage à l'eau claire sont suffisants et l'utilisation de produits chimiques n'est pas nécessaire !

😉

On se rappelle que le linge propre et une maison propre n'ont pas d'odeur

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Nous espérons que des enseignants pourront trouver dans cette présentation des activités inspirantes pour animer leurs cours de sciences et éveiller leurs élèves à la protection de l'environnement et de la santé. Afin de pouvoir poursuivre et améliorer ce travail, nous serons heureuses de pouvoir profiter de vos retours d'expériences et d'enrichir cette présentation avec vos idées et productions. Merci pour votre collaboration. PS : Si vous souhaitez utiliser tout ou une partie de ce Genially pour un de vos projets et avoir la possibilité de le modifier à votre convenance, n'hésitez pas à nous contacter pour obtenir le lien du Genially modifiable.

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Gaëtane Coppens (ASBL SciencesInverses) Adèle De Bont (​Scienceinfuse UCLouvain) Nadine Speliers (Ecole de chimie UCLouvain) adele.debont@uclouvain.be et coppensgaetane@gmail.com