Programme de formation de l’école québécoise

Savoirs essentiels :: Science et Technologie, 2e cycle du secondaire


Univers technologique (première année du cycle)

En première année du cycle, l’univers technologique est caractérisé par des concepts généraux liés au langage des lignes, à l’ingénierie, aux matériaux et à la biotechnologie. Les trois premiers concepts s’inscrivent dans une logique de connaissances essentielles et de pratiques déterminantes auxquelles on a recours quand vient le temps de concevoir des objets techniques et des systèmes technologiques ou de procéder à leur étude. Pour cette raison, on fera souvent appel tout au long du cycle aux mêmes informations et aux mêmes ressources pour résoudre un problème de conception ou d’analyse. Les aspects relatifs à la fabrication sont traités dans la section portant sur les techniques. Le quatrième concept général aborde une dimension qui nous interpelle de manière particulière : celle des technologies appliquées aux êtres et aux systèmes vivants.

Les objets, les systèmes, les produits et les procédés utilisés au quotidien et ceux qui ont un usage particulier tirent leur existence de la mise en pratique d’une diversité de savoirs. Ils sont de véritables fils conducteurs qui facilitent la compréhension, l’intégration et l’expérimentation de multiples concepts. L’univers technologique en propose déjà plusieurs à l’intérieur du seul thème L’humain, un organisme vivant. Les concepts prescrits qui se rattachent à l’ensemble des concepts généraux visent une meilleure compréhension du milieu de vie et une plus grande capacité d’agir sur lui.

Orientations Concepts prescrits
Langage des lignes

Fondé sur des modes de représentation géométrique conventionnels et relativement indissociable de l’invention et de l’innovation, le dessin technique est un langage qui permet de préciser, de fixer et de matérialiser sa pensée.

La justification et la signification de toutes les lignes et les informations d’un dessin technique sont généralement associées à la géométrie et à divers principes relatifs aux échelles ou à différentes formes de représentation. La théorie de la projection orthogonale facilite, entre autres, le dessin de détail et la représentation isométrique. Le recours aux coupes est parfois nécessaire pour montrer les particularités d’une pièce. La cotation complète les informations sur les caractéristiques de chacune des composantes de l’objet ou du système. Enfin, conformément aux règles relatives à leur inscription, certains dessins renferment aussi des informations en rapport avec les standards de l’industrie.

  • Tracés géométriques
  • Formes de représentation (croquis, perspective, projection oblique)
  • Lignes de base
  • Échelles
  • Projections orthogonales (vues multiples, isométrie)
  • Coupes
  • Cotation
  • Standards et représentations (schémas, symboles)
Ingénierie

La conception ou l’analyse d’un objet technique ou d’un système technologique reposent sur l’appropriation de concepts fondamentaux liés à la mécanique et sur des pratiques de conception et d’analyse propres à l’ingénierie.

En mécanique, ces concepts font référence aux liaisons des pièces et aux fonctions mécaniques les plus communes, de même qu’à la transmission et à la transformation du mouvement (modèles familiers de liaisons, de guidages et de mécanismes permettant un mouvement de rotation ou de translation). Dans la conception et l’analyse d’un objet ou d’un système, un tel bagage technique permet de justifier l’utilisation de formes et de matériaux, d’appliquer ou d’expliquer des principes de fonctionnement et d’exploiter ou de faire ressortir des solutions de construction.

Plusieurs objets et systèmes qui répondent par leur fonction à des besoins de l’organisme humain comportent certains des éléments caractéristiques mentionnés ci-dessus. C’est le cas du stéthoscope, de l’inhalateur, du thermos, etc.

Mécanique

  • Liaisons types des pièces mécaniques
  • Fonctions types
  • Fonction, composantes et utilisation des systèmes de transmission du mouvement (roues de friction, poulies et courroie, engrenage, roues dentées et chaîne, roue et vis sans fin)
  • Fonction, composantes et utilisation des systèmes de transformation du mouvement (vis et écrou, cames, bielles, manivelles, coulisses et systèmes bielle et manivelle, pignon et crémaillère)
Matériaux

Le fait qu’il soit possible d’agir sur les propriétés des matériaux s’avère un important incitatif pour en faire l’exploration et l’exploitation. L’utilisation appropriée d’un matériau suppose une bonne connaissance des éléments liés à ses caractéristiques fonctionnelles et à sa structure, ce qui permet d’avoir une idée juste de son comportement quand il est utilisé. Les concepts qui se rattachent aux métaux et au bois sous-tendent l’étude de leur composition, de leurs propriétés et de leurs caractéristiques d’utilisation.

Sur le plan technologique, les métaux et alliages ferreux occupent une très grande place. Ils se trouvent sous une forme ou sous une autre dans plusieurs secteurs de l’activité humaine. L’évolution technique des civilisations est d’ailleurs étroitement liée au développement de ces métaux. Grâce à leurs propriétés et à la facilité relative de les obtenir et de les travailler, les métaux et alliages non ferreux entrent dans la fabrication de nombreux biens de consommation.

Le bois demeure également un matériau très répandu. Bien que ses propriétés diffèrent d’une espèce à l’autre (résineux, feuillus), ses emplois sont multiples.

  • Contraintes (traction, compression, torsion)
  • Propriétés mécaniques
  • Types et propriétés
    • Alliages à base de fer
    • Métaux et alliages non ferreux
    • Bois et bois modifiés
Biotechnologie

L’espoir mais aussi les craintes que suscitent les avancées spectaculaires de la biotechnologie commandent qu’on s’en préoccupe. L’étude des éléments de contenu en cause doit donc englober à la fois les aspects conceptuels, éthiques et pratiques, notamment les procédés auxquels il faudra accorder une grande place. Certains seront examinés plus attentivement : la pasteurisation, la fabrication du vaccin, la procréation médicalement assistée, la culture cellulaire et la transformation génétique.

La pasteurisation permet d’éviter l’altération des produits alimentaires et de conserver leurspropriétés nutritives. Le procédé est exploité depuis longtemps, notamment pour le traitement du lait et des jus de fruits. Le but principal du vaccin est de permettre la fabrication, par le corps, d’agents biologiques naturels ciblés qui renforcent les défenses de l’organisme devant des éléments pathogènes identifiés.

La fécondation in vitro (FIV) et l’insémination artificielle ont donné lieu à une véritable révolution dans le traitement de la stérilité tout en permettant de mieux comprendre les mécanismes de la procréation humaine. Ces procédés soulèvent des questions d’ordre éthique qu’il est important d’aborder.

L’étude de la cellule doit inclure le cas des cellules cultivées et toucher la façon de les obtenir, leur croissance, leur comportement et leur conservation. D’autres aspects, tels que la stérilisation du matériel utilisé, les caractéristiques des milieux de cultures, les paramètres physicochimiques et les normes éthiques, doivent aussi être pris en considération.

La transformation génétique peut être effectuée sur de nombreuses espèces végétales et animales. Le génie génétique joue aujourd’hui un rôle important. En médecine, la thérapie génique a déjà été expérimentée, entre autres dans le traitement de divers cancers. En agriculture, des plantes génétiquement modifiées, telles que la betterave et le colza, possèdent des propriétés de résistance à des insectes nuisibles et de tolérance à certains herbicides. En alimentation, les percées sont de plus en plus nombreuses (enrichissement du riz en vitamine A, modification en acides gras des huiles, etc.). Il importe d’examiner également la réglementation et les contrôles qui encadrent ce secteur d’activité.

Lors de l’étude des concepts liés aux OGM, il est important de garder à l’esprit que bien des avenues restent encore inexplorées, ce qui devrait justifier une approche prudente à leur sujet. Il suffit de penser à l’ensemble du génome qui n’est pas encore codifié et dont on ne comprend pas encore toutes les dimensions. L’intervention sur les gènes peut également amener de nouvelles résistances à divers virus et bactéries. Dans le domaine de l’agroalimentaire, la présence de nouvelles espèces transgéniques modifie la dynamique des réseaux alimentaires, ce qui a directement ou indirectement de nombreux impacts à divers niveaux de la pyramide alimentaire. Tous les effets potentiels sur la santé, particulièrement en ce qui concerne le système immunitaire et les nouvelles protéines métabolisées, sont loin d’avoir été mis au jour, ce qui constitue un défi pour le monde de la recherche scientifique et technologique.

  • Procédés
    • Pasteurisation
    • Fabrication du vaccin
    • Procréation médicalement assistée
    • Culture cellulaire
    • Transformation génétique (OGM)
Repères culturels possibles

Histoire

Ressources du milieu

Intervention humaine

Événement

Alexandre Graham Bell

Henri Bessemer

John Dunlop

Guglielmo Marconi

Gustave Eiffel

Gregor Mendel

Louis Pasteur

Invention Québec

Écoles et facultés de génie

Centre de recherche industrielle du Québec

Institut Armand-Frappier

Conservation des aliments

Matières plastiques

Manipulations génétiques

Imprimerie

Expositions universelles

Projet du génome humain

Exemples d’objets, de systèmes et de produits liés au thème

-* Équipements et procédés de transformation, de production et de conservation de divers aliments : sucre, farine de blé, pain, pâtes, laits traités, beurre

pasteurisé, fromages, yogourts, margarines, huiles alimentaires, cacao, chocolat, café, jus de fruits, boissons énergisantes, conserves, etc.

-* Appareils culinaires (préparation, cuisson, etc.)

-*Enzymes

-* Nutraceutiques (produits préventifs et curatifs), vitamines, médicaments, vaccins

-* Inhalateur, masque à gaz, poumon artificiel, coeur artificiel, simulateur cardiaque, incubateur

-* Prothèses (membres ou organes) : cristallin, implant, disque lombaire, etc.

-* Équipement adapté : chaise roulante, marchette, etc.

-* Produits d’hygiène et de beauté : savon, shampoing, crèmes, huiles, parfums, etc.

-* Objets du quotidien : sèche-cheveux, rasoir, brosse à dents, ciseaux, balance, horloge, etc.

-* Robinet, filtre, condenseur, dessiccateur

-* Appareils sanitaires (salle de bains), sauna, bain à remous

-* Appareils d’exercices et de renforcement musculaire

-* Thermomètre, thermos, réfrigérateur, climatiseur

-* Système de chauffage (à circulation d’eau ou d’air) d’une maison, manomètre

-* Stéthoscope, sphygmomanomètre

-* Lentille, lunettes, jumelles, microscope

-* Four à micro-ondes

-* Appareils d’imagerie par résonance magnétique, rayon X, laser, ultrasons (échographie), tomodensitomètre

-* Télévision, caméra, ordinateur, etc.