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Exercices
P.158-164

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Je me teste

Je sais


Exercice 1 : Je sais

1
L’unité de l’énergie est :







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Exercice 2 : Je sais

1
Lors d’un transfert d’énergie :





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Exercice 3 : Je sais

1
Lors d’une conversion d’énergie :





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Exercice 4 : Je sais

1
Pour la conversion d’une quantité donnée d’énergie :





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Exercice 5 : Je sais

1
Complète la grille de mots-croisés. Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l’image et utiliser notre outil de dessin.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Mots-croisés


Vertical :

1. Système qui possède de l’énergie.
2. Coefficient de proportionnalité entre l’énergie convertie et la durée de la conversion.
3. Unité de la puissance.

Horizontal :

4. Unité de l’énergie.
5. Passage d’une forme d’énergie d’un système à un autre système.

Je sais faire


Exercice 6 : Je sais faire

1
Une puissance de W est égale à une puissance de :







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Exercice 7 : Je sais faire

1
La quantité d’énergie stockée dans une biscotte est de 98 kJ, soit :







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Exercice 8 : Je sais faire

1
Sachant que , une bouilloire de puissance 1 000 W fonctionnant durant 50 secondes convertira une énergie de :







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Exercice 9 : Je sais faire

1
Si une bouilloire met 1 min 20 s pour porter à ébullition 300 mL d’eau, pour 1 200 mL cela prendra :







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Exercice corrigé


Exercice 10 : Que d’énergie pour se sécher les cheveux !

Katia met cinq minutes à se sécher les cheveux après la piscine.

1
Quelle quantité d’énergie son sèche-cheveux va-t-il convertir ? Donne le résultat en joules.



2
Convertis le résultat en kilojoules.



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Doc. 1
Une indication sur le sèche-cheveux.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Une indication sur le sèche-cheveux.

Étapes de la méthode

  • Repérer dans l’énoncé et les documents des grandeurs dont les valeurs sont données.
  • Écrire la relation mathématique entre la grandeur dont on cherche la valeur et celles dont on connait la valeur.
  • Remplacer les symboles par les valeurs des grandeurs, en vérifiant que leurs unités correspondent à celles de la formule.
  • Pour convertir en kilojoules une énergie exprimée en joules, il faut se servir du tableau de conversion des joules.
    kJ hJ daJ J dJ cJ mJ
                 

Corrigé :

  • Pour calculer l’énergie convertie par le sèche-cheveux, il faut utiliser la relation E = P × t avec P la puissance en W et t la durée d’utilisation en secondes.
    Ici P = 1 300 W et t = 5 min = 5 × 60 s = 300 s
    Donc E = 1 300 × 300 = 390 000 J
    L'énergie convertie par le séche-cheveux est de 390 000 J.
  • Il faut convertir 390 000 J en kJ. Or on sait que 1 000 J = 1 kJ donc E = 390 kJ.
    L'énergie convertie par le sèche-cheveux est donc de 390 kJ.

Exercice 11 : Combien d’énergie pour chauffer trois tasses d’eau ?

La bouilloire de Clara met trois minutes pour faire bouillir l’eau nécessaire à la préparation de trois tasses de thé. Sa puissance est de 1 000 W.

1
Détermine par le calcul la quantité d’énergie en joules que la bouilloire transfère à l’eau pendant le chauffage.



2
Convertis cette quantité d’énergie en kilojoules.



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Doc. 2
Cattle.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 2</stamp> Cattle.

Je m'entraine


Exercice 12 : Des mots pour une phrase.

Utilise les mots dans l’ordre que tu souhaites pour construire des phrases correctes.

1
watt / grandeur / unité / puissance.



2
énergie / unité / grandeur / joule.



3
énergie / puissance / temps / unité.



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Exercice 13 : Tableaux de conversion.

1
Représente le tableau de conversion des puissances avec les multiples et sous-multiples du watt (W), en allant du milliwatt au kilowatt.



2
Représente le tableau de conversion des énergies avec les multiples et sous-multiples du joule (J), en allant du millijoule au kilojoule.



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Exercice 14 : Conversions d’énergie.

1
Utilise le tableau pour convertir :

1. 0,5 kJ =  J.
2. 1 850 J =  kJ.
3. 5 460 mJ =  J.
4. 400 000 mJ =  kJ.

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Exercice 15 : Conversions de puissance.

1
Utilise le tableau pour convertir :

1. 0,3 kW =  W.
2. 1 350 W =  kW.
3. 15 380 mW =  W.
4. 100 mW =  kW.

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Exercice 16 : Comparaison d’appareils.

Voici la puissance nominale de trois appareils : aspirateur : 2 050 W une machine à laver : 3 kW aspirateur : 2,1 kW

1
Quel est l’appareil le plus puissant ? Le moins puissant ?



2
Si on considère une même durée d’utilisation pour les trois appareils, quel est celui qui convertira le plus d’énergie ? Explique ta réponse.



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Exercice 17 : Réservoir ou convertisseur ?

1
Classe les mots suivants selon deux catégories : réservoir ou convertisseur d’énergie.

    Réservoir d'énergie Convertisseur d'énergie


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    Exercice 18 : Le temps de faire chauffer l’eau.

    Il faut transférer 158 kJ d’énergie à 500 mL d’eau pour que sa température passe de 25 °C à 100 °C. Tu as à ta disposition une bouilloire électrique de puissance 1 100 W. On considère que toute l’énergie électrique convertie par la bouilloire sert à chauffer l’eau.

    1
    Convertis 158 kJ en joules.



    2
    Écris la relation permettant de trouver la durée de transfert si tu disposes de la valeur de l’énergie transférée et de la puissance.



    3
    Calcule la durée d’utilisation en secondes de la bouilloire.



    4
    Exprime cette durée en minutes et en secondes.



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    Exercice 19 : Détermine une puissance inconnue.

    Une bouilloire transfère à l’eau qu’elle contient une énergie E = 315 kJ en une durée t = 3 minutes et 10 secondes. On considère que toute l’énergie électrique convertie par la bouilloire sert à chauffer l’eau.

    1
    Exprime les données de l’énoncé dans leur unité internationale.



    2
    Calcule le coefficient de proportionnalité entre ces deux données, c’est-à-dire le nombre de joules transférés chaque seconde à l’eau.



    3
    À quelle grandeur physique correspond ce coefficient de proportionnalité ? Quelle est son unité internationale ?



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    Exercice 20 : Chaine énergétique

    Un radiateur électrique chauffe une pièce d’une maison.

    1
    Quel est le réservoir d’énergie qui permet de faire fonctionner le radiateur ?



    2
    Quelle forme d’énergie le radiateur reçoit-il ? En quelle énergie est-elle transformée ?



    3
    Dans quel réservoir est transférée l’énergie transformée par le radiateur ?



    4
    Construis la chaine énergétique en utilisant les conventions vues dans l’activité 2.



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    Exercice 21 : Appareils électriques convertisseurs d’énergie.

    Beaucoup d’appareils électriques que tu possèdes sont de très simples convertisseurs d’énergie.

    1
    En quelle(s) forme(s) d’énergie est convertie l’énergie électrique par :a. une bouilloire ?b. un mixeur ?c. une machine à laver ?

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    Exercice 22 : Quel transfert ?

    1
    Précise de quel type de transfert il s’agit :

      a. Un enfant pédale sur son vélo.
      b. De l’eau bout dans une casserole.
      c. Un homme bronze sur la plage.
      d. Une télévision diffuse un film.
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      Exercice 23 : Hydrolienne.

      Une hydrolienne est une turbine hydraulique qui utilise l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux : c’est une « éolienne de la mer ». La turbine de l’hydrolienne couplée à un alternateur permet la conversion de l’énergie cinétique de l’eau en énergie électrique.

      <stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Hydrolienne.

      1
      Quelle est la source d’énergie utilisée par l’hydrolienne ?



      2
      Cette source est-elle renouvelable ou non ? Explique ta réponse.



      3
      Quel est le convertisseur d’énergie qui permet de fournir de l’énergie sous forme électrique ?



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      Une notion, trois exercices


      Exercice 24 : Un téléviseur ◉◉

      La télévision de Maxime a une puissance de 72 W. Il a estimé qu’elle était allumée en moyenne 5 h par jour. Données : Une année dure 365 jours. Un kilowatt-heure coute 0,15 €.

      1
      Calcule le nombre d’heures qu’il y a dans une année.



      2
      Calcule la durée annuelle de fonctionnement « réel » de la télévision.



      3
      Calcule en Wh l’énergie que reçoit la télé en un an.



      4
      Convertis cette énergie en kWh.



      5
      Calcule le cout que représente cette énergie.



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      Exercice 24 : Une ampoule ◉◉

      Une ampoule basse consommation a une puissance de 14 W. Jade a estimé que son ampoule était allumée en moyenne 6 h par jour. Données : Une année dure 365 jours. Un kilowatt-heure coute 0,15 €.

      1
      Calcule la durée de fonctionnement « réelle » de l’ampoule par an.



      2
      Calcule en kWh l’énergie reçue par l’ampoule en un an.



      3
      Calcule le cout que représente cette énergie.



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      Exercice 24 : Un réfrigérateur ◉◉◉

      Le réfrigérateur de Sélim a une puissance de 200 W. Même s’il est branché en permanence, on estime qu’en moyenne un réfrigérateur ne reçoit de l’énergie qu’un tiers du temps. Données : Une année dure 365 jours. Un kilowatt-heure coute 0,15 €.

      1
      Calcule en kWh l’énergie transférée au réfrigérateur sur une année.



      2
      Calcule le cout d’utilisation correspondant en euros.

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      J'approfondis


      Exercice 25 : Quelle énergie pour chauffer de l’eau ?

      Il faut apporter 4,2 J d’énergie pour réchauffer 1 g d’eau de 1 °C.

      1
      Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 1 mL d’eau pour le réchauffer de 1 °C ? Justifie ta réponse.



      2
      Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 200 mL d’eau pour les réchauffer de 1 °C ?



      3
      Quelle quantité d’énergie doit-on transférer à 200 mL d’eau pour les réchauffer de 75 °C ?



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      Exercice 26 : Un oubli qui coute cher ?

      Mathieu a oublié d’éteindre la plaque électrique chauffante en partant de chez lui à 8 h 30 le matin. Il s’en aperçoit à son retour le soir à 18 h. La plaque électrique a une puissance de 1 200 W.

      1
      Sous quelle forme est convertie l’énergie reçue par la plaque électrique ?



      2
      Quelle quantité d’énergie a été convertie durant l’absence de Mathieu ?



      3
      Quel est le cout de cet oubli, sachant qu’un kilowatt-heure vaut 0,15 € ?



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      Exercice 27 : Chaine énergétique d’une éolienne.

      Une éolienne se sert du vent pour produire de l’électricité : les pales de l’éolienne entrainent la mise en mouvement d’un alternateur qui produit l’électricité. Celle-ci est alors transférée au réseau électrique.

      1
      Construis la chaine énergétique d’une éolienne.



      <stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Chauffer l'eau.
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      Exercice 28 : Un mauvais protocole ?

      Dans l’activité 3 p. 154, Fabien propose ce protocole à ses camarades : « On peut mettre 1 L d’eau dans la bouilloire la plus puissante et 500 mL dans la moins puissante, l’eau devrait arriver à la même température en même temps ! »

      1
      Explique en quoi le protocole de Fabien n’est pas précis.



      2
      Réécris le protocole en y apportant les précisions que tu jugeras utiles.



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      Exercice 29 : Un plat à réchauffer.

      Les informations trouvées sur une préparation de lasagnes surgelées indiquent « À décongeler au four à microondes pendant 5 minutes à puissance 1 000 W ». La puissance maximale du four de Téa est de 800 W.

      1
      Calcule la durée nécessaire pour réchauffer le plat avec le four de Téa.



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      Exercice 30 : Ampoules basse consommation.

      Dans les magasins de bricolage ou les grandes surfaces, on trouve ce tableau au rayon des ampoules d’éclairage : Puissance d'une lampe « classique » à incandescence en watts (W) Puissance d'une lampe basse consommation de même éclairage en watts (W) 40 9  60  11  75  15  100  20  Données : On utilise en moyenne une lampe 6 h par jour. Un kilowatt-heure coute 0,15 €.

      1
      Comment expliques-tu qu’une lampe basse consommation puisse fournir le même éclairage qu’une lampe classique qui a une puissance bien supérieure ?



      2
      Calcule l’économie réalisée en un an si on remplace une lampe classique de 75 W par la lampe basse consommation équivalente.



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      Exercice 31 : S’éclairer avec le vent ?

      Imagine un dispositif permettant de s’éclairer avec le vent comme source d’énergie. Voici le matériel disponible : turbine - pales - alternateur - chaudière - bouilloire - lampe.

      1
      Construis la chaine énergétique du dispositif.



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      Exercice 32 : Chauffer de l’eau grâce à une rivière ?

      Imagine un dispositif permettant de chauffer de l’eau avec le courant d’une rivière comme source d’énergie. Voici le matériel disponible : turbine - pales - alternateur - chaudière - bouilloire - lampe.

      1
      Construis la chaine énergétique du dispositif.



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      Exercice 33 : Une route solaire en France.

      Un tronçon long de 1 km, sur une route de la petite commune normande de Tourouvre-au-Perche (3 400 habitants), a été recouvert de dalles photovoltaïques. La production d’électricité est de 790 kWh par jour. On estime que l’éclairage public d’une ville nécessite 85 kWh par an et par habitant.

      1
      Calcule la production d’électricité sur une année en kWh.



      2
      Cette route est-elle capable de produire suffisamment d’électricité pour l’éclairage du village ?



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      Exercice 34 : Consommation électrique d’un foyer.

      Un foyer consomme en une année 11 000 kWh.

      1
      Exprime cette valeur en joules.



      2
      À ton avis, pourquoi les factures d’électricité indiquent l’énergie livrée en kWh plutôt qu’en joules ?



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      Exercice 35 : Télévision en veille.

      Une famille regarde la télévision en moyenne 3 h 15 par jour. Sur la plaque signalétique de leur téléviseur, on lit les informations suivantes : 230 V, 50 Hz, 300 W, 1 kWh est facturé 0,15 €.

      1
      Convertis 3 h 15 min en h.



      2
      Quelle est la durée d’utilisation de la télévision sur une année ?



      3
      Quelle est l’énergie électrique consommée par la télévision en une année ?



      4
      Combien coute à cette famille l’utilisation de leur téléviseur pendant une année ?



      5
      Déduis-en l’énergie consommée lorsque le téléviseur est en veille sur une année et le cout de cette veille.



      6
      Le reste de la journée, la télévision est en veille et le voyant de veille (230 V, 50 Hz, 1 W) reste allumé. Reprends le raisonnement précédent pour calculer la durée de veille sur une journée, puis sur une année.



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      Exercice 36 : Ne rien faire... c’est déjà beaucoup !

      L’énergie nécessaire au métabolisme de base du corps humain est l’énergie dont l’organisme a besoin pour remplir ses fonctions vitales (travail du cœur, poumons, reins, foie, etc.). Cette énergie représente la plus grande proportion de notre dépense énergétique quotidienne. Ainsi, 70 % de l’énergie dépensée dans une journée est liée au métabolisme de base. Ce besoin en énergie est estimé par les formules suivantes : Sexe Métabolisme de base (en kJ pour 24 h) Femme [(9,7 × M) + (172,9 × T) − (4,7 × A) + 667] × 4,18 Homme [(13,7 × M) + (492,3 × T) − (6,6 × A) + 77,6] × 4,18 M = masse de l’individu en kilogrammes (kg). T = taille de l’individu en mètres (m). A = âge de l’individu en années (ans).

      1
      Calcule l'énergie à apporter pour le métabolisme de base dun homme de 20 ans qui fait 1,70 m et pèse 65 kg.



      2
      Même question pour une femme du même âge, mesurant 1,65 m et pesant 55 kg.



      3
      Calcule pour ces deux personnes la quantité de riz nécessaire à leur métabolisme de base pour une journée.



        100 g
      riz cru
      150 g
      riz cru
      Valeur énergétique 1 460 kJ
      (340 kcal)
      870 kJ
      (200 kcal)
      Protéines 7 g 4 g
      Glucides dont sucres 76 g
      2,9 g
      46 g
      traces
      Lipides dont acides gras saturés 1 g
      0,2 g
      traces
      traces
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      Je résous un problème


      Je résous un problème

      1
      Anna organise une fête et voudrait profiter de sa piscine. Il ne fait pas très beau et l’eau est, comme l’air, à 20 °C. Elle aimerait bien au moins 3 °C de plus ! Elle met en marche la pompe à chaleur.Sera-t-elle prête à temps sachant que la fête est dans 12 h ?



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      Doc. 1
      La piscine d’Anna.

      <stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> La piscine d’Anna.

      Doc. 2
      Descriptif de la pompe à chaleur.

      Pour chauffer la piscine, une pompe à chaleur prélève de la chaleur dans le sol et la transfère à l’eau. La chaleur du sol est « gratuite » mais il faut de l’énergie électrique pour l’extraire.
      ▪ Puissance convertie (pour faire tourner la pompe) : 790W.
      ▪ Puissance restituée (pour chauffer l’eau) : 4 500 W.

      En une heure, la pompe à chaleur convertit 790 Wh et peut transférer 4 500 Wh à l’eau de la piscine.
      L’énergie pour réchauffer 1 m3 d’eau d’un degré est de 1 200 Wh.

      Exercices supplémentaires


      Exercice 37 : Cherche l’intrus.

      1
      Trouve l’intrus dans la liste de mots suivants :











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      Exercice 38 : Énergie ou puissance ?

      1
      Relie ces valeurs selon qu’elle représente une puissance ou une quantité d’énergie :

        1 500 W
        30 kJ
        1,2 kW
        100 kWh
        3 450 Wh
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        Exercice 39 : Grandeurs et unités.

        1
        Quelle relation mathématique existe-t-il entre l’énergie E, la puissance P et le temps t ?



        2
        Quelles sont les unités du système international des 3 grandeurs E, P et t ?



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        Exercice 40 : L'efficacité énergétique d’un lave vaisselle.

        L’efficacité énergétique est calculée pour 12 couverts, c'est donc la consommation énergétique du lave-vaisselle pour laver ces 12 couverts. Cet indice est exprimé en kWh par cycle de 12 couverts. On utilise en moyenne un lave-vaisselle 280 fois par an.

        1
        Quelle est la classe énergétique d’un lave vaisselle qui consomme 310 kWh par an ?



        A B C D E F G
        < 1,06 < 1,25 < 1,45 < 1,65 < 1,85 < 2,05 > 2,05
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        Exercice 41 : Changer de système d’unité.

        Données : - 1 Wh = 3 600 J et 1 calorie (cal) = 4,184 J ;- 1 kWh = 1 000 Wh et 1 kcal = 1 000 cal.

        1
        Exprime les quantités d’énergie suivantes en joules, puis en kilojoules.

        1. 3 Wh = J =  kJ.
        2. 134 000 cal = J =  kJ.
        3. 1,2 kWh = J =  kJ.
        4. 450 kcal =  J =  kJ.
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        Exercice 42 : Quelle quantité d'énergie va être convertie ?

        Une plaque de cuisson, d’une puissance de 1,8 kW, est utilisée durant 5 minutes pour préparer des œufs sur le plat.

        1
        Donne la puissance de la plaque en watts.



        2
        Donne la durée d’utilisation en secondes.



        3
        Écris la relation permettant de trouver l’énergie convertie par la plaque connaissant la puissance de la plaque et la durée de transfert.



        4
        Calcule l’énergie convertie par la plaque en joules.



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        Exercice 43 : Biscuits énergétiques.

        Deux paquets de biscuits apportent les informations suivantes :- Biscuit A : 5 biscuits (masse de 37,5 g) apportent 783 kJ d'énergie.- Biscuit B : 1 biscuit (masse de 12,5 g) apporte 58 kcal d'énergie.Donnée : 1 kcal = 4,187 kJ.

        1
        Quel biscuit apporte le plus d'énergie ?



        2
        Quel paquet de 100 g de biscuits apporte le plus d'énergie ?



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        Parcours de compétences


        Parcours de compétences

        Adam veut s’impliquer dans un projet citoyen. Il va à la maison des associations de son quartier et remarque quelques intitulés de rencontres thématiques programmées au cours de la semaine :▪ rencontres poétiques et ludiques ;▪ réunion d’information sur les risques sonores en discothèque ;▪ atelier de flyers d’information sur le cout énergétique du « mode veille » de nos appareils électriques ;▪ soirée déguisée.

        1
        Aide Adam à déterminer quels projets pourraient correspondre.



        Voir la correction

        Niveau 1 - Je sais ce qu’est un projet citoyen.

        Coup de pouce : Quelles réunions, dans cette liste, ont une dimension citoyenne ?

        Niveau 2 - J'identifie un projet citoyen dans lequel je pourrais m'impliquer.

        Coup de pouce : De quels autres projets citoyens as-tu déjà entendu parler ?

        Niveau 3 - Je m’implique dans un projet citoyen.

        Coup de pouce : As-tu déjà participé à un projet citoyen ? Si oui, décris ce que tu as fait.

        Niveau 4 - Je m’engage activement dans un projet citoyen en justifiant mon choix.

        Coup de pouce : Explique ce qui pourrait être assez important pour t’amener à t’impliquer dans un projet citoyen.
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