Matériaux et environnement : exercices corrigés de Seconde SI

Objet (a) : l'aluminium est un métal, donc la canette appartient à la famille des métaux.

Objet (b) : l'acide polylactique est un polymère obtenu à partir de végétaux ; le sachet relève des plastiques (polymères), et plus précisément d'un matériau biodégradable.⁶

Objet (c) : une tasse en céramique appartient à la famille des céramiques.

Objet (d) : des fibres noyées dans une résine forment l'association de deux matériaux ; c'est un composite.

Action 1 : on prélève une ressource dans la nature, c'est l'extraction des ressources.

Action 2 : on transforme des composants en un objet fini, c'est la production.

Action 3 : l'élève ou l'utilisateur se sert de l'appareil, c'est l'usage.

Action 4 : on traite l'appareil devenu inutile pour retrouver de la matière, c'est la fin de vie. Récupérer l'indium a de l'intérêt parce que son prix a fortement augmenté pour les fabricants d'écrans plats.⁶

Écrire la relation : $m = \rho \times V$.

Remplacer par les valeurs de l'énoncé : $m = 1{,}2 \times 250$.

Calculer : $m = 300$.

Écrire l'unité : les $\text{cm}^3$ se simplifient, il reste des grammes, donc $m = 300\ \text{g}$.

Coût annuel de A : $120 \div 8 = 15\ \text{€/an}$.

Coût annuel de B : $45 \div 2 = 22{,}5\ \text{€/an}$.

Différence B − A : $22{,}5 - 15 = 7{,}5\ \text{€/an}$.

Interprétation : le produit le plus cher à l'achat est le moins cher à l'usage. Il est aussi plus cohérent avec le conseil de privilégier des produits conçus pour durer.⁴

Poser $n$ le nombre de bouteilles jetables remplacées : l'impact des bouteilles vaut $0{,}1\,n$ en $\text{kg}$.

Écrire l'égalité avec l'impact de la gourde : $0{,}1\,n = 3{,}0$.

Résoudre : $n = 3{,}0 \div 0{,}1 = 30$.

Conclure : à $30$ bouteilles remplacées, les impacts sont égaux. Au-delà, la gourde en acier est plus favorable sur cet indicateur.

Nuancer : ce raisonnement ne porte que sur le carbone. Une analyse sérieuse comparerait aussi d'autres impacts, car se focaliser sur un seul indicateur peut déplacer les problèmes.⁵

Score de A : $3\times4 + 4\times2 + 2\times5 + 1\times3 = 12 + 8 + 10 + 3 = 33$.

Score de B : $3\times3 + 4\times5 + 2\times2 + 1\times4 = 9 + 20 + 4 + 4 = 37$.

Différence : $37 - 33 = 4$ points en faveur de B.

Conclusion : B est retenu, surtout grâce au critère à fort coefficient (l'impact environnemental), alors que A est meilleur sur le coût et la recyclabilité.

Remarque : une grille pondérée est un outil multicritère ; elle dépend des coefficients choisis, qui doivent eux-mêmes être justifiés par le cahier des charges.⁵

Lire le tableau : Y émet moins de carbone ($8$ contre $10$ kg), mais consomme beaucoup plus d'eau ($120$ contre $50$ litres).

Constater que la conclusion du collègue ne repose que sur un seul indicateur.

Rappeler le risque : se concentrer sur un seul indicateur, comme le carbone, peut déplacer les impacts vers d'autres dimensions environnementales.⁵

Proposer la démarche : mener une comparaison multicritères sur tout le cycle de vie (extraction, production, usage, fin de vie), avec d'autres indicateurs, puis décider en justifiant l'importance donnée à chacun.⁵

Part de matière neuve : $100 - 35 = 65\ \%$, soit $0{,}65$.

Masse de matière neuve par pièce : $800 \times 0{,}65 = 520\ \text{g}$.

Masse pour la série : $2\,000 \times 520 = 1\,040\,000\ \text{g}$.

Conversion : $1\,040\,000 \div 1\,000 = 1\,040\ \text{kg}$.

Interprétation : sans matière recyclée, il faudrait $2\,000 \times 800 \div 1\,000 = 1\,600\ \text{kg}$ de matière neuve, soit $560\ \text{kg}$ de plus. Privilégier des produits fabriqués à partir de matériaux recyclés est d'ailleurs une recommandation pour réduire la pression sur les ressources.⁴

Fonction : protéger l'électronique de la pluie, du soleil et des chocs pendant des années, à un coût raisonnable.

Critères : tenue dans la durée, masse, coût, impact environnemental, recyclabilité, sécurité d'usage.

Cycle de vie : à l'extraction, un plastique issu du pétrole repose sur une ressource qui s'amenuise, ce qui complique la fabrication de polymères à l'avenir ;⁶ à la fin de vie, un matériau recyclable, ou biodégradable dans de bonnes conditions de traitement, peut faciliter sa gestion.⁶

Mise en garde : un bioplastique comme l'acide polylactique est cité pour des usages comme les sacs ou les boîtes,⁶ mais un boîtier extérieur doit durer. Il faut donc vérifier sa tenue dans le temps avant de le retenir, d'autant que performance durable et recyclabilité sont souvent en tension.⁵

Rédiger la décision, par exemple : « Je retiens un polymère bio-sourcé, à condition de valider sa tenue en extérieur. Je privilégie ainsi une ressource renouvelable et une fin de vie plus simple, au prix d'un risque de vieillissement plus rapide et d'un coût probablement plus élevé. » Toute autre solution est acceptée si elle est argumentée de la même façon.