MANUEL DE SCIENCES PHYSIQUES, 8ème ANNÉE, ÉDUCATION DE BASE

Édition 2025 / Enseignement Primaire, Secondaire et Technique en RDC

0. PRÉLIMINAIRES

0.1. Préface et Note aux Enseignants

Ce manuel constitue un outil didactique conforme au Programme National de l’Éducation de Base révisé par la DIPROMAD. Il vise l’acquisition des compétences fondamentales en sciences physiques par une approche situationnelle. L’enseignant trouvera ici une progression rigoureuse articulant les savoirs essentiels des matrices MSPC (Chimie) et MSP (Physique). L’objectif demeure la formation d’un esprit scientifique capable de résoudre des problèmes concrets liés à l’environnement immédiat de l’élève congolais, depuis la gestion des ressources naturelles jusqu’à la compréhension des phénomènes mécaniques et électriques élémentaires.

0.2. Objectifs Généraux du Cours

Le cours de Sciences Physiques en 8ème année poursuit quatre objectifs majeurs. Premièrement, il initie l’élève aux techniques de laboratoire et à la manipulation sécurisée de la verrerie. Deuxièmement, il développe la compréhension des procédés de séparation des mélanges et de fabrication de produits de consommation courante. Troisièmement, il installe les bases de la mécanique newtonienne à travers l’étude des forces, du poids et de l’équilibre. Enfin, il explore les principes de l’électricité domestique et des machines simples pour favoriser l’autonomie technique de l’apprenant.

0.3. Profil de Sortie de l’Élève

Au terme de cette année scolaire, l’élève maîtrisera l’identification et l’usage du matériel de laboratoire. Il réalisera des analyses immédiates telles que la distillation ou la décantation. Il fabriquera des produits locaux (savons, huiles, charbon) selon des protocoles normés. Il analysera les forces en jeu dans des dispositifs mécaniques simples (leviers, poulies) et réalisera des montages électriques fonctionnels en série et en parallèle, respectant ainsi les standards de compétence définis par le Ministère.

1. PARTIE I : LABORATOIRE, MATIÈRE ET TECHNIQUES DE FABRICATION 🧪

Cette première partie ancre l’enseignement dans la pratique expérimentale et la transformation de la matière. Elle couvre les matrices MSPC2.1 à MSPC2.8. L’élève passe de l’observation des instruments à la maîtrise des techniques de séparation des mélanges, pour aboutir à la production de biens de consommation utiles aux communautés, valorisant ainsi les ressources locales de la RDC.

Chapitre 1 : Organisation et Sécurité au Laboratoire

1.1. Identification de la Verrerie et du Matériel

L’apprentissage débute par la reconnaissance précise des équipements. L’élève distingue les récipients d’usage courant (béchers, erlenmeyers) de la verrerie de mesure (éprouvettes graduées, pipettes). Il manipule les outils d’appui comme les pinces, les noix de serrage et les supports universels. Cette section insiste sur la fonction spécifique de chaque instrument pour garantir la précision des expériences ultérieures.

1.2. Les Instruments de Mesure de Précision

Ce module approfondit l’usage des instruments de quantification. L’accent porte sur l’utilisation correcte de la balance de précision, indispensable pour les pesées de réactifs solides. L’élève apprend à effectuer la tare, à lire les graduations et à manipuler les masses marquées. La maîtrise du thermomètre et du densimètre complète cet arsenal métrologique nécessaire à la rigueur scientifique.

1.3. Mesures de Sécurité et Code de Conduite

La sécurité constitue un préalable absolu à toute manipulation. Ce point détaille les pictogrammes de danger présents sur les flacons de produits chimiques. Il établit les règles comportementales strictes : port de la blouse, interdiction de courir, gestion des déchets chimiques et réactions en cas d’accident (projection, brûlure). L’élève élabore un code de bonne conduite applicable dans sa salle de classe.

1.4. Fabrication de Matériel Alternatif Local

Face à la pénurie d’équipements dans certaines écoles rurales, comme celles du Kwilu ou du Sankuru, cette section encourage l’ingéniosité. Elle guide la fabrication de matériel didactique à partir de ressources locales : supports en bois, filtrage par tissus en coton, ou utilisation de récipients en verre recyclés. Cette approche pragmatique assure la continuité pédagogique quel que soit le contexte matériel.

Chapitre 2 : Techniques de Séparation des Mélanges (Analyse Immédiate)

2.1. La Dissolution et la Filtration

Ce sous-chapitre traite de la séparation des mélanges hétérogènes solide-liquide. L’élève expérimente la dissolution sélective, comme la séparation du sel gemme du sable. Il maîtrise ensuite la technique de filtration, en utilisant différents types de filtres pour purifier des liquides, une compétence transférable au traitement de l’eau potable dans les zones rurales.

2.2. La Distillation Simple

La distillation permet de séparer les constituants d’un mélange homogène liquide-liquide ou solide-liquide dissous. L’élève monte un dispositif de distillation pour séparer l’eau de l’alcool ou purifier de l’eau de rivière. Il comprend les principes physiques d’évaporation et de condensation successives, observant les changements d’état en temps réel.

2.3. La Décantation et le Triage

L’élève aborde ici la séparation des liquides non miscibles, comme le mélange eau-pétrole ou huile-eau, par l’usage de l’ampoule à décanter. Le triage manuel et l’aimantation complètent ce volet pour les mélanges solides, illustrés par la séparation de la limaille de fer de la sciure de bois, ou le tri des minerais artisanaux dans les zones minières du Haut-Katanga.

2.4. Techniques Complémentaires : Tamisage et Centrifugation

Pour achever l’étude des séparations, ce point explore le tamisage, essentiel dans le bâtiment et l’agriculture, et la centrifugation. L’élève comprend comment la force centrifuge accélère la sédimentation des particules en suspension, avec des applications concrètes comme le traitement du lait ou l’analyse sanguine dans les centres de santé.

Chapitre 3 : Valorisation des Ressources Naturelles par Extraction

3.1. Principes d’Extraction des Huiles Essentielles

L’élève découvre la richesse de la flore congolaise par l’extraction d’essences végétales. Le cours explique le principe de l’hydrodistillation (entraînement à la vapeur). L’élève applique ce procédé sur des feuilles d’eucalyptus ou de citronnelle, abondantes dans les périphéries de Kinshasa et Lubumbashi, pour obtenir des huiles à valeur thérapeutique ou cosmétique.

3.2. Extraction de l’Huile de Palme

Ce processus, vital pour l’économie locale, est décortiqué scientifiquement. L’élève étudie les étapes : cuisson des noix, malaxage pour séparer la pulpe, et pressage. Il apprend à distinguer les méthodes artisanales des procédés industriels, et comprend l’importance de la chaleur pour fluidifier les lipides et faciliter leur extraction.

3.3. Purification et Raffinage des Huiles Végétales

Après l’extraction brute, l’huile nécessite une purification. Ce sous-chapitre enseigne la floculation et la décantation à chaud pour éliminer les impuretés et l’eau résiduelle. L’élève réalise la clarification de l’huile de palme ou d’arachide, garantissant un produit fini propre à la consommation et de meilleure conservation.

3.4. Production d’Autres Huiles (Arachide, Soja)

L’enseignement s’élargit aux autres oléagineux cultivés en RDC. L’élève compare les techniques d’extraction par pression à froid et à chaud. Il identifie les rendements respectifs de l’arachide et du soja, et discute de la valorisation des tourteaux (résidus solides) pour l’alimentation du bétail, intégrant ainsi une notion d’économie circulaire.

Chapitre 4 : Chimie Appliquée et Produits de Consommation

4.1. Fabrication de Désinfectants et Désodorisants

Répondant aux besoins d’hygiène publique, ce module guide la préparation de produits sanitaires. L’élève apprend à doser et mélanger les réactifs pour produire du bactérol ou des solutions chlorées (eau de Javel). Il maîtrise les proportions pour garantir l’efficacité antiseptique sans danger pour l’utilisateur, contribuant à la salubrité de son école ou de son domicile.

4.2. Processus de Carbonisation du Bois

La production de makala (charbon de bois) est étudiée sous l’angle de la pyrolyse. L’élève apprend à construire une meule ou un four artisanal optimisé pour contrôler l’apport d’oxygène. Il comprend la transformation chimique du bois en carbone pur et les techniques pour maximiser le rendement énergétique tout en minimisant les cendres.

4.3. Gestion Environnementale et Reboisement

En lien direct avec la carbonisation, ce point sensibilise à l’impact écologique. L’élève analyse les conséquences de la déforestation sur le climat et les sols. Il étudie les techniques de reboisement et la gestion durable des forêts énergétiques, comme celles du plateau des Batéké, pour concilier besoins énergétiques et préservation de la biodiversité.

4.4. Autres Productions Locales (Savon, Jus)

Pour clore cette partie, le cours ouvre sur d’autres transformations chimiques simples. L’élève explore la saponification (fabrication de savon) ou la pasteurisation des jus de fruits tropicaux. Ces activités pratiques renforcent la compréhension des réactions chimiques et offrent des compétences entrepreneuriales de base adaptées au tissu économique congolais.

2. PARTIE II : DYNAMIQUE ET STATIQUE DES SOLIDES ⚖️

Cette deuxième partie bascule vers la physique, traitant des interactions mécaniques selon les matrices MSP2.1 à MSP2.4. Elle pose les fondements de la compréhension des forces, du poids et des conditions d’équilibre, essentiels pour l’analyse des structures et des mouvements dans l’environnement physique.

Chapitre 5 : La Force et ses Caractéristiques

5.1. Concept et Effets d’une Force

L’élève aborde la force comme toute cause capable de déformer un corps ou de modifier son état de mouvement. Il distingue les effets statiques (déformation d’un ressort) des effets dynamiques (mise en mouvement d’un ballon). Des exemples concrets, comme le tir à la corde ou la poussée d’un véhicule embourbé, illustrent ces concepts abstraits.

5.2. Les Éléments Caractéristiques d’une Force

Une force est une grandeur vectorielle. Ce sous-chapitre enseigne à l’élève à identifier les quatre éléments indissociables : le point d’application, la direction (droite d’action), le sens (orientation) et l’intensité (norme). L’élève apprend à représenter graphiquement des forces par des vecteurs sur des schémas mécaniques simples.

5.3. Mesure des Forces : Le Dynamomètre

La quantification de la force nécessite un instrument spécifique. L’élève étudie le principe de l’élasticité des ressorts (Loi de Hooke) qui régit le dynamomètre. Il apprend à utiliser cet instrument, à lire les valeurs en Newtons, et réalise lui-même l’étalonnage d’un dynamomètre artisanal avec des masses connues.

5.4. Unités de Mesure et Conversions

La maîtrise des unités est cruciale. L’élève manipule l’unité du Système International, le Newton (N), et comprend sa relation avec l’ancien kilogramme-force (kgf). Il effectue des exercices de conversion rigoureux pour naviguer aisément entre les systèmes d’unités utilisés dans l’industrie et dans les manuels scientifiques.

Chapitre 6 : Le Poids et la Masse

6.1. Définition et Caractéristiques du Poids

Le poids est présenté comme la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre. L’élève applique les caractéristiques vectorielles vues au chapitre précédent au cas spécifique du poids : direction verticale, sens vers le bas, point d’application au centre de gravité. Il distingue conceptuellement la « lourdeur » ressentie de la quantité de matière.

6.2. Distinction entre Poids et Masse

Ce point corrige la confusion fréquente entre ces deux grandeurs. L’élève apprend que la masse est une quantité de matière invariable (en kg), mesurée par une balance, tandis que le poids est une force variable (en N), mesurée par un dynamomètre. Des tableaux comparatifs fixent définitivement cette distinction fondamentale.

6.3. La Relation Mathématique P = m.g

L’élève découvre la loi proportionnelle reliant le poids à la masse via l’intensité de la pesanteur (g). Il s’exerce à calculer le poids connaissant la masse et inversement. Il manipule l’équation dans divers problèmes pratiques, comme le calcul de la charge d’un camion ou la tension dans un câble de levage.

6.4. Variation de l’Intensité de la Pesanteur

Le cours explique pourquoi le poids d’un corps change selon le lieu. L’élève analyse les variations de ‘g’ en fonction de l’altitude (Goma vs Moanda) et de la latitude. Il comprend que si la masse d’un objet reste constante de Kinshasa à la Lune, son poids, lui, change radicalement, influençant les conditions de transport et de levage.

Chapitre 7 : L’Équilibre des Solides et Moment de Force

7.1. Conditions d’Équilibre sous Deux et Trois Forces

L’étude de la statique commence par les systèmes simples. L’élève détermine les conditions pour qu’un objet soumis à deux forces reste immobile (forces colinéaires, de même intensité, de sens opposés). Il étend ensuite l’analyse à trois forces concourantes, utilisant des méthodes graphiques pour visualiser l’annulation de la résultante vectorielle.

7.2. Types d’Équilibre et Centre de Gravité

L’élève apprend à classifier l’équilibre : stable, instable et indifférent. Il explore la notion de centre de gravité et de base de sustentation. Des exemples pratiques, comme la stabilité d’un véhicule chargé en hauteur sur les routes du Kongo-Central ou l’équilibre d’une pirogue, ancrent ces notions dans la réalité sécuritaire quotidienne.

7.3. Le Moment d’une Force

Pour comprendre la rotation, l’élève étudie le moment de force. Il définit le moment comme le produit de l’intensité de la force par la distance à l’axe de rotation (bras de levier). Il expérimente l’efficacité de l’ouverture d’une porte ou le serrage d’un écrou selon la position de la main, introduisant la physique des mouvements rotatifs.

7.4. Le Couple de Forces

Ce sous-chapitre traite de l’action simultanée de deux forces parallèles, de sens contraires et de même intensité. L’élève analyse les couples de forces dans des objets quotidiens : le volant d’une voiture, le robinet, ou le guidon d’un vélo. Il comprend que le couple produit une rotation pure sans translation du corps.

3. PARTIE III : MACHINES SIMPLES ET ÉLECTRICITÉ DOMESTIQUE ⚡

La troisième partie applique les principes physiques à la technologie (Matrices MSP2.5 à MSP2.8). Elle explore les dispositifs qui facilitent le travail humain (machines simples) et les bases de l’électrification domestique, compétence indispensable dans un pays en pleine modernisation énergétique.

Chapitre 8 : Les Leviers

8.1. Principe et Constitution d’un Levier

Le levier est introduit comme une barre rigide pivotant autour d’un point d’appui. L’élève identifie les trois composants clés : le point d’appui, la force motrice (puissance) et la force résistante (charge). Il comprend la loi des leviers qui permet de soulever de lourdes charges avec un effort moindre en jouant sur la longueur des bras de levier.

8.2. Le Levier Inter-Appui

Dans ce type de levier, le point d’appui se situe entre la force motrice et la charge. L’élève étudie des exemples courants comme la balançoire, les ciseaux ou la pince universelle. Il analyse comment le déplacement du point d’appui modifie l’avantage mécanique, permettant soit de gagner en force, soit de gagner en amplitude de mouvement.

8.3. Le Levier Inter-Résistant

Ici, la charge se trouve entre le point d’appui et la force motrice. L’élève examine des outils comme la brouette ou le casse-noix. Il comprend que ce type de levier offre toujours un gain de force, facilitant le transport de lourds fardeaux, comme le transport de matériaux de construction sur les chantiers de Kinshasa.

8.4. Le Levier Inter-Moteur

Ce dernier type place la force motrice entre l’appui et la résistance. L’élève analyse des exemples comme la pince à épiler, la canne à pêche ou l’avant-bras humain. Il apprend que ce levier ne multiplie pas la force mais favorise la précision et la vitesse du mouvement, au prix d’un effort musculaire plus important.

Chapitre 9 : Poulies et Treuils

9.1. La Poulie Fixe

L’élève étudie la poulie fixe comme un dispositif changeant la direction de la force sans en modifier l’intensité. Il observe son utilisation sur les chantiers pour hisser des matériaux ou pour tirer de l’eau d’un puits. Il comprend que l’équilibre est atteint lorsque la force motrice égale la charge.

9.2. La Poulie Mobile

Contrairement à la fixe, la poulie mobile se déplace avec la charge. L’élève découvre que ce dispositif divise l’effort nécessaire par deux, car la charge est supportée par deux brins de corde. Il analyse les avantages mécaniques de ce système pour le levage de charges lourdes.

9.3. Les Palans (Associations de Poulies)

En combinant poulies fixes et mobiles, on crée des palans. L’élève calcule la réduction de l’effort en fonction du nombre de brins porteurs. Il étudie des schémas de palans utilisés dans les garages ou les ports, comme celui de Matadi, comprenant comment un homme seul peut soulever un moteur de voiture.

9.4. Le Treuil

Le treuil est présenté comme une application du principe du levier rotatif. L’élève analyse le rapport entre le rayon du tambour et la longueur de la manivelle. Il étudie son utilisation dans les puits d’eau profonds ou les systèmes de bacs traversant les rivières (comme sur la rivière Luange), facilitant la traction par démultiplication de l’effort.

Chapitre 10 : Circuits Électriques : Piles et Lampes

10.1. Association des Piles en Série

L’élève apprend à connecter des piles l’une à la suite de l’autre (pôle positif sur pôle négatif). Il mesure la tension résultante qui est la somme des tensions individuelles. Il comprend l’intérêt de ce montage pour alimenter des appareils nécessitant une tension élevée, comme certaines radios ou torches puissantes.

10.2. Association des Piles en Parallèle

Ce montage relie les pôles de même signe entre eux. L’élève constate que la tension reste identique à celle d’une seule pile, mais que la durée de vie du montage est prolongée et l’intensité disponible augmentée. Il discute des applications où l’autonomie énergétique est prioritaire sur la puissance.

10.3. Montage des Lampes en Série

Dans ce circuit, le courant traverse les lampes successivement. L’élève observe que si une lampe grille, tout le circuit s’éteint, et que la brillance diminue avec le nombre de lampes ajoutées. Il analyse les limites de ce montage pour l’éclairage domestique mais son utilité pour les guirlandes décoratives.

10.4. Montage des Lampes en Parallèle (Dérivation)

C’est le montage standard des installations domestiques. L’élève réalise un circuit où chaque lampe est branchée directement aux bornes du générateur. Il vérifie que l’extinction d’une lampe n’affecte pas les autres et que toutes brillent avec leur éclat nominal. Il conclut sur la supériorité de ce montage pour l’installation électrique d’une maison ou d’une école.

11. ANNEXES

11.1. Symboles de Sécurité au Laboratoire

Cette annexe regroupe les pictogrammes internationaux de danger (inflammable, corrosif, toxique, explosif, nocif pour l’environnement). Elle fournit une référence visuelle rapide pour que l’élève identifie instantanément les risques associés à chaque flacon de réactif manipulé.

11.2. Grandeurs et Unités du Système International (SI)

Un tableau récapitulatif présente les grandeurs physiques vues au cours (Masse, Poids, Force, Longueur, Temps, Intensité électrique, Tension), leurs symboles, les noms de leurs unités SI (Kilogramme, Newton, Mètre, Seconde, Ampère, Volt) et leurs symboles respectifs, servant d’aide-mémoire pour la résolution des exercices.

11.3. Symbolisation des Composants Électriques

Cette section fournit les schémas normalisés des composants électriques de base : pile, batterie, lampe, interrupteur (ouvert/fermé), fil conducteur, nœud, résistance, moteur. Elle est indispensable pour permettre à l’élève de dessiner et de lire des plans de circuits électriques clairs et universels.

11.4. Formulaire de Mécanique et Électricité

Un memento regroupe les formules essentielles abordées : Relation Poids-Masse (P = m.g), Moment de force (M = F.d), Conditions d’équilibre des leviers, Lois des tensions dans les montages en série et parallèle. Ce formulaire sert de support pour la révision et la préparation aux évaluations.