3.2.2 Tâche combustion version M+ 

1. Quelle est l’équation bilan de la combustion du polyéthylène (formule chimique (CH2-CH2)n) ?

2. Quels sont les produits obtenus après la combustion du polyéthylène ?

3. On chauffe un morceau d’amalgame (mercure+étain) jusqu’à 500°C que se passe-t-il ?

4. Pourquoi peut-on se débarrasser des matières plastiques en les incinérant et pourquoi ne peut-on pas se débarrasser du mercure présent dans les amalgames dentaires en les incinérant ? Justifiez.

Nous nous intéressons maintenant aux questions préliminaires de la tâche M+ qui précèdent la question finale (n°4) précédemment analysée. Nous verrons que ces questions préliminaires doivent aider les élèves à construire la réponse de cette dernière question.

Les deux premières questions trouvent une réponse simple et directe dans le site que les élèves peuvent facilement trouver en utilisant une stratégie basée sur les traits de surface. Elles leur permettent de connaître les produits de la combustion du polyéthylène et de prendre conscience que la réaction chimique qui a lieu conserve les éléments chimiques.

La troisième question permet aux élèves de prendre conscience du changement d’états subit par le mercure entre température ambiante et 500°C. Cette question ne peut pas être résolue simplement en utilisant une stratégie basée sur les traits de surface. Nous verrons plus loin comment les élèves peuvent effectivement lui trouver une réponse satisfaisante.

1. Quelle est l’équation bilan de la combustion du polyéthylène (formule chimique (CH2-CH2)n) ?
   Pour répondre à cette question rédigée dans les termes de la chimie que les élèves connaissent bien, il leur suffit d’aller consulter la page combustion du site Science. Compte tenu du champ lexical utilisé dans la question nous supposons que les élèves n’auront aucun mal à trouver la réponse notamment en se basant sur les traits de surface “ combustion ” et “ polyéthylène ”.
   La réponse attendue est la suivante :

   • (CH2-CH2)n + 3n O2 -> 2n CO2 + 2n H2O

2. Quels sont les produits obtenus après la combustion du polyéthylène ?
   Là encore, nous supposons que les élèves n’éprouveront aucune difficulté à trouver la réponse, ce d’autant plus que s’ils ont trouvé la réponse à la première question, ils se situent peut-être encore dans la même page du site Science.
   La réponse attendue est la suivante :

   • A la fin de la combustion complète, on obtient du dioxyde de carbone et de l'eau.

   • Ou/et :
     Produits de la réaction : CO2, H2O

La troisième question demande de la part des élèves un peu plus de réflexion par la mise en lien de différentes informations du site entre elles.

1. On chauffe un morceau d’amalgame (mercure+étain) jusqu’à 500°C que se passe-t-il ?
   Pour répondre à cette question, les élèves doivent consulter les pages “ amalgames dentaires ” du site Mercure. Nous supposons qu’en utilisant le terme “ amalgame ” comme trait de surface, ils n’éprouveront pas de difficultés à obtenir les informations demandées.
   Dans un premier temps, la consultation de la page “ aspect chimique des amalgames ” leur permet d’apprendre qu’au dessus de 127°C le mélange mercure + étain se décompose.
   Dans une seconde étape, ils doivent se renseigner sur le devenir de l’étain et du mercure entre 127°C et 500°C. Pour ce faire, ils peuvent consulter les informations contenues dans le tableau des données numériques du site Science. Ce tableau leur permet de savoir que l’étain change d’état à 232°C pour passer de l’état solide à l’état liquide dans lequel il demeure jusqu’à 500°C. Quant au mercure, il change d’état à 357°C pour passer de l’état liquide à l’état gazeux.
   Ayant pris connaissance de ces différentes températures et des changements associés, les élèves peuvent donc répondre complètement à la question. Celle-ci doit leur permettre de se rendre compte que le mercure chauffé jusqu’à 500°C est conservé, il ne disparaît pas.
   La question ne stipule pas si l’amalgame est chauffé en l’absence d’air ou non, cependant, nous pouvons supposer que, pour les élèves, l’action de chauffer se fait, par défaut, en présence d’air. Dans ces conditions, en prenant en compte le rôle de l’air, ils peuvent également imaginer que des réactions chimiques ont lieu entre le dioxygène de l’air et le mercure ou l’étain. Or, nous supposons qu’ils ne vont pas considérer de telles réactions possibles. En effet, en nous appuyant sur les travaux de Méheut et al. (1989), nous pouvons affirmer que si, pour les apprenants, la combustion est une réaction chimique à part, le dioxygène est également un gaz à part. Présent dans l’atmosphère, il est nécessaire à la combustion et pourtant il ne s’agit pas pour eux d’un réactif à part entière. De ce fait, nous supposons que les élèves ne prendront pas l’absence ou la présence d’air comme donnée prépondérante dans cette question. Ils ne feront pas, alors, forcément la relation entre cette question et la suivante où il s’agit d’incinérer des amalgames dentaires, donc du mercure.

2. Pourquoi peut-on se débarrasser des matières plastiques en les incinérant et pourquoi ne peut-on pas se débarrasser du mercure présent dans les amalgames dentaires en les incinérant ? Justifiez.

Une fois que les élèves ont répondu aux questions précédentes, ils peuvent plus facilement répondre à cette dernière question. Or, nous supposons que la troisième question ne constitue pas automatiquement une aide pour les élèves dans la mesure où ils peuvent ne pas faire de lien entre chauffer l’amalgame (sous-entendu en présence d’air) et incinérer l’amalgame. Toutefois, nous supposons qu’ils peuvent utiliser les réponses des questions 1 et 2 concernant la combustion du polyéthylène qui est une matière plastique. Partant de là, les élèves peuvent répondre de façon identique à ceux n’ayant pas eu de questions préliminaires.