Le sucre dans tous ses états !
Fiona Simoens
Présentation

Thèmes de l'EPI : Corps, santé, bien-être, sécurité - Sciences, technologie et société.
Disciplines : Sciences de la Vie et de la Terre, Physique-Chimie, Histoire-Géographie, Français.
Enseignements transversaux : Éducation aux médias et à l'information (EMI).
Niveau : Cycle 4 - 4e
Production finale :  Un carnet littéraire à partir de recherches scientifiques.

Description

Le sucre est un ingrédient de notre alimentation quotidienne, mais sais-tu vraiment ce qu’est le sucre ? D’où vient-il ? Comment le fabrique-t-on ? Quelles transformations subit-il avant d’être mangé sous forme de morceaux, de poudre ou de sucettes cristallisées ? Différentes expériences et recherches autour du sucre vont te permettre de devenir un expert en la matière !
Découvre l’origine du sucre (origine naturelle et aspect économique) et ses propriétés sensorielle (liées au plaisir) et physiques (dissolution, fusion), etc.


Objectifs 

  • En français : rédaction de textes littéraires à partir d’expériences scientifiques, écriture sous contraintes à la façon des Exercices de style de Raymond Queneau.
  • En histoire : étude de la révolution industrielle au XIXe siècle, cartographie des échanges commerciaux d’un produit et analyse du phénomène de mondialisation.
  • En SVT : étude des besoins nutritifs du corps et de l’absorption des nutriments dans le sang.
  • En physique-chimie : découverte des phénomènes physiques à l’échelle moléculaire lors de la transformation du sucre.

Vous pouvez créer un EPI à partir de cette idée en cliquant sur le bouton « Voir le détail et le personnaliser ».

I. Découverte des origines
Qu'est-ce que le sucre ?

Le sucre fait partie de ton alimentation, mais sais-tu vraiment ce que c’est ?

Note tous les adjectifs ou verbes qu’on associe facilement au terme « sucre », en réfléchissant à ses origines, ses formes, l’usage qu’on en fait, les expressions françaises qui y font référence… Puis, propose un nuage de mots. Tu trouveras en ressources quelques suggestions de sites pour le réaliser.

Discutez en classe entière et argumentez vos choix de mots.

Finalisez la séance en recherchant l’étymologie du mot et sa définition.


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Espace de rendus
L'origine du sucre

Sais-tu d’où vient le sucre ?

Le sucre a une origine naturelle ! Il peut être extrait de plusieurs plantes. Liste les plantes principalement utilisées pour l'extraction du sucre. Où sont-elles cultivées ? Depuis combien de temps ? Quelles sont leurs particularités ?


Effectue des recherches sur les origines de la betterave et de la canne à sucre et propose pour chacune une carte d’identité. Tu indiqueras les informations suivantes :

  • photo ;
  • nom ;
  • particularité ;
  • lieu de culture ;
  • saison de récolte ;
  • mode d'extraction du sucre.

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Le phénomène d'industrialisation (exemple de la betterave)

En 1806, Napoléon Ier, en guerre contre l’Angleterre, décrète le blocus continental qui interdit aux Anglais d’accéder aux ports européens. Il devient de plus en plus difficile d’importer le sucre de canne récolté dans les colonies : celui-ci est rationné et son prix est multiplié par dix ! Les scientifiques cherchent alors en Europe une nouvelle source de sucre.

C’est en 1812 que Benjamin Delessert produit, à l'échelle industrielle, du sucre à partir de la betterave. Napoléon encourage la production de ce nouveau sucre.


C’est le début de l’industrie sucrière de betterave en France qui va devenir en deux siècles l’une des plus performantes d’Europe puisqu’en 1875, la France devient le premier producteur de sucre de betterave. L’industrialisation, qui se développe dès la fin du XVIIIe siècle, change complètement les paysages européens. Pour la production de sucre par exemple, de nouvelles machines apparaissent et modifient le paysage des lieux de production du sucre.

En t’appuyant sur les documents mis à ta disposition (procédés de fabrication, énergies utilisées et implantations des industries), démontre en quoi la production de sucre de betterave fait partie des industries issues de la première révolution industrielle.


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La localisation des productions de sucre

Aujourd’hui, le sucre est une ressource naturelle qui génère de nombreux échanges à l’international. En étudiant les phénomènes de mondialisation, cartographie la production mondiale du sucre et les échanges. Pour cela :

  • Colorie en orange les lieux de production de sucre de betterave.
  • Colorie en jaune les lieux de production de sucre de canne.
  • Écris en rouge sur chaque pays la quantité de sucre produit.
  • Écris en noir sur chaque pays la quantité de sucre consommé.
  • Trace des flèches rouges des pays exportateurs de sucre vers les pays importateurs.

Que remarques-tu ? Où se trouvent les pays producteurs de sucre de canne ? Et les pays producteurs de sucre de betterave ? Comment peut-on expliquer cette répartition ?
Que peut-on déduire des échanges ? Quel type de sucre est consommé dans le Nord ? Et dans le Sud ? Quelle est la place de la France dans ces échanges commerciaux ?

Montre et explique en quoi la production et le commerce du sucre issu de la canne et de la betterave illustrent la nature des échanges de marchandises dans le monde entre pays du Nord et du Sud.


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II. La fabrication du sucre
Un sucre ou des sucres ?

Mais qu'est-ce que le sucre ? C’est un mélange d’atomes d’hydrogène, d’oxygène et de carbone qui s’assemblent pour former des molécules de formes et de tailles différentes. Ce sont des glucides, qui procurent une saveur plus ou moins sucrée :

  • le glucose, le fructose que l’on retrouve dans les fruits ou le miel par exemple ;
  • le lactose que l'on retrouve dans le lait ; 
  • l'amidon, que l'on retrouve dans les pommes de terre par exemple ;
  • le saccharose, combinaison du fructose et du glucose, que l'on retrouve dans de nombreux fruits et légumes, et dans la canne à sucre et la betterave sucrière.

Sais-tu comment une plante produit le saccharose ?

Pour le savoir, lis l'article « La photosynthèse », puis complète le schéma pour vérifier ta bonne compréhension.

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La betterave sucrière

La betterave sucrière produit 20 % du sucre mondial (la canne à sucre étant la principale source de sucre dans le monde) ! Découvre un peu plus cette plante…

a. Complète le schéma de la plante de betterave à sucre en faisant apparaître les éléments suivants :

  • les feuilles ;
  • le collet ;
  • le bouquet foliaire ;
  • la racine ; 
  • le sillon saccharifère ;
  • le pivot ;
  • les radicelles.
b. En rédigeant un paragraphe, explique le rôle de chaque partie.

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L'eau et la matière sèche dans la betterave sucrière

Maintenant, tu vas apprendre à calculer : 

  • la teneur en eau contenue dans 100 g de betterave à sucre ;
  • le taux de matière sèche contenue dans 100g de betterave à sucre.

Pour cela, tu va devoir faire sécher les betteraves. Si ton établissement possède un four, tu peux réaliser cette expérience en faisant sécher les betteraves au four. Si ce n'est pas réalisable ainsi, tu peux utiliser la technique du sel. Voici comment procéder.

Tu as besoin de : 

  • 100 g de betteraves  ;
  • un couteau ;
  • du sel ;
  • une balance.
Tu peux également réaliser cette expérience avec d'autres fruits et légumes de saison, et comparer tes résultats.

Suis les différentes étapes
  1. Coupe les betteraves en tranches, puis place-les dans du sel. Les betteraves sont sèches quand elles sont devenues plus sombres. Tu peux appuyer légèrement dessus pour vérifier qu'elles ne produisent plus aucune humidité.
  2. Pèse tes betteraves pour connaître le poids de la matière sèche.
  3. Soustrais ce nombre au poids que tu avais en début d'expérience. La différence correspond au poids de l’eau initialement contenue dans les betteraves.
  4. Maintenant, convertis ces nombres en pourcentage afin de calculer la teneur en eau et celle de matière sèche.

Puis, propose un graphique dans lequel tu indiqueras :
  • la teneur en eau contenue dans 100 g de betterave à sucre ;
  • le taux de matière sèche contenue dans 100 g de betterave à sucre.


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La production industrielle de sucre

Comment extrait-on du sucre à partir d’une plante ?

En t’aidant des documents mis à ta disposition et en effectuant tes propres recherches, construis un album photo numérique pour détailler les différentes étapes de la fabrication du sucre. Chaque photographie doit être accompagnée d’une légende comprenant le nom de la transformation et une petite explication de l’étape. Si tu le peux, précise le nom de la machine utilisée.


Pour créer ton album photo tu peux utiliser :

  • sur tablette iPad ou Android : Book Creator (application gratuite) ;
  • sur PC : Didapages ou plus simplement un diaporama de type PowerPoint.

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L'extraction du sucre par filtration

Cette manipulation va te permettre d’extraire le sucre de la betterave et de mesurer le pourcentage de saccharose de la betterave (teneur en sucre). Attention, il s’agit ici d’étudier une technique, le sucre ne sera pas consommable en l’état, car contrairement au sucre du commerce, il n’aura subi aucune transformation !

L’extraction du sucre

  • Couper 50 g de betteraves sucrières en lamelles et les placer avec 100 mL d’eau distillée dans un ballon muni d’un réfrigérant à reflux.
  • Chauffer 30 minutes.
  • Filtrer sur papier pour éliminer les morceaux de betterave.
  • Ajouter lentement au filtrat 10 mL d’une solution de CaCO3 (10 g.L-1), ce qui permet de précipiter une partie des impuretés (chaulage du jus).
  • On filtre ensuite sous vide en utilisant un Büchner et l’on récupère un jus sucré clair.
Mesure de la teneur en sucre

L’indice de réfraction d’une solution sucrée varie en fonction de son titre massique tm (ou w). Cette mesure d’indice permet de mesurer le brix du sucre (taux massique en sucre). Certains réfractomètres sont gradués directement en brix.


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Le sucre et l'agriculture durable

Avec plus de 400 000 hectares cultivés, la betterave sucrière occupe 2,1 % des terres arables (c’est-à-dire les terres qui peuvent être labourées ou cultivées).

Lis les fiches ressources et regarde la vidéo (de 2’45 à 3’35), puis rédige un article pour une revue agricole, qui explique comment la culture de la betterave sucrière répond à la logique d’agriculture durable.


Dans ton article :

  • Rappelle que l’ensemble de la plante est utilisé.
  • Explique que la terre est constituée de nutriments qui s’épuisent à force de semer les mêmes plantes, puis donne une solution pour permettre la régénération des terres.

Pour donner plus de force à ton article, tu peux également interviewer un agriculteur spécialiste de la betterave à sucre.


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III. L'atelier du goût
La dégustation

C’est l’heure de l’atelier de dégustation du sucre ! Ton enseignant a mis à ta disposition des aliments sucrés dans des bocaux opaques. Les yeux fermés, goûte-les et note leurs caractéristiques.

Réponds pour chaque aliment goûté aux questions suivantes : 

  • Quelle est la texture de l’aliment ?
  • Quelle odeur dégage-t-il ?
  • Est-ce un aliment gazeux ?
  • Est-ce un aliment solide ou liquide ?
  • Est-il associé à d’autres saveurs : l’acide, l’amer, le salé, l’umami ?
  • Quels autres adjectifs peuvent compléter sa description ?
  • Peux-tu identifier cet aliment ?

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Le plaisir du sucre en SVT

Certains ont un bec sucré, d’autres plutôt salé !

Mais à ton avis, pourquoi aimons-nous une saveur plutôt qu’une autre ? Avons-nous des capteurs dans notre bouche ? Quels organes interviennent dans cette perception ?

Écris tes hypothèses, puis regarde l’animation proposée en ressource pour les confirmer, compléter ou infirmer.


Puis, rédige un compte rendu de ce que tu as compris. Dessine des schémas pour expliquer comment notre cerveau parvient à recevoir un message de plaisir lors de notre dégustation.


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Le plaisir du sucre en littérature

Le sucre est apparu dès l’Antiquité dans la littérature avec la description de mets sucrés à base de miel. On retrouve ensuite l’évocation de saveurs sucrées dans des récits de croisades du XIe au XIIIe siècle. La plupart des récits évoquant le sucre font alors référence au sucre de canne ou au sucre présent dans le miel.

Mais, en France, c’est surtout au XVIIIe siècle que le sucre devient présent dans les écrits des philosophes des Lumières. La plupart d’entre eux affirmaient que le sucre était une découverte remarquable ! Plus tard, de nombreux auteurs écrivent sur le plaisir de manger du sucre comme Zola dans Les Rougon-Macquart.


Comme l’ont fait d’autres auteurs avant toi, exprime ton plaisir de manger en rédigeant un calligramme autour du sucre ou d’un aliment sucré.


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Espace de rendus
Les différentes utilisations du sucre alimentaire

Tu le sais, le sucre se décline sous différentes formes et la plupart d’entre nous avons un petit faible pour sa saveur… Mais à quoi sert le sucre ? Le sucre a-t-il la même fonction dans la confiture, une mousse au chocolat ou dans un gâteau ?

 

À ton avis, quel est le rôle du sucre dans ces différents aliments :

  • boissons ; 
  • confitures, sirops, fruits confits ;
  • gâteaux, caramel ;
  • mousses, glaces ; 
  • chocolat, confiseries ;
  • champagne ;
  • desserts ;
  • fruits.
 

Besoin d’un coup de pouce ?

Associe chaque groupe à l’un ces mots : coloration, conservation, décoration, exhausteur de goût, fermentation, saveur sucrée, structure, texture.

Pour vérifier tes réponses, regarde la vidéo proposée en ressource.


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IV. Le sucre dans le corps
L'énergie produite par le sucre

Pour fonctionner, notre corps a besoin d’une alimentation équilibrée se composant de glucides (comme l'amidon ou le(s) sucre(s)), de lipides, de protéines et d’oligo-éléments.

« Consommés de temps en temps et en quantité raisonnable, les produits sucrés sont compatibles avec un bon équilibre nutritionnel : de la confiture sur les tartines au petit-déjeuner, quelques biscuits pour le goûter, etc. »

Indique dans un diagramme la quantité de glucides, de lipides et de protéines qu’une personne doit absorber chaque jour pour avoir une alimentation équilibrée. Pour cela, aide-toi du lien ressource.


Et toi, manges-tu équilibré ? Note dans un carnet tout ce que tu manges dans une journée et leur quantité pour savoir si tu manges équilibré ou non.


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La digestion du sucre et des nutriments

Le corps humain fonctionne grâce aux nutriments qu’il absorbe. Mais qu’est-ce qu’un nutriment ? Comment le corps transforme-t-il un aliment en nutriment ? Que deviennent ces nutriments ?

Prends un demi-morceau de sucre et mets-le dans ta bouche. Que se passe-t-il ? Quels sont les organes qui s’activent ?


Regarde l’animation proposée en ressource, puis rédige un paragraphe pour expliquer le trajet d’un morceau de sucre dans notre corps et répondre aux questions suivantes : à quel moment le sucre subit-il des transformations ? Comment fait-il pour passer dans le sang ?

Accompagne ta réponse de schémas explicatifs.


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V. La transformation du sucre
Du sucre au caramel

Aujourd’hui tu vas faire fondre du sucre pour le transformer en caramel. Et tu vas filmer cette expérience !

1. Pour ce faire, munis-toi de :

  • 1 morceau de sucre ;
  • Quelques gouttes d'eau ;
  • une barquette en aluminium et une plaque chauffante.
Dispose le morceau de sucre préalablement mouillé avec quelques gouttes d'eau au centre du récipient (la barquette en aluminium). Pose ensuite le récipient sur une plaque chauffante et attends quelques instants.

2. À ton avis, que s’est-il passé ? Comment expliquer le changement d’état du morceau de sucre ? Donne ton point de vue devant la caméra.

3. Le sucre de table est composé de molécules de saccharose  (C12H22O11). Mélangé à de l’eau (H20) et chauffé, il se transforme en un mélange de glucose (C6H1206) et de fructose (C6H1206). Peux-tu écrire l’équation bilan ?

4. Si l’on met une flamme directe sur le sucre, l’eau s’évapore. Si toute l’eau s’évapore, que reste-t-il alors du sucre ?

5. Lorsque l'on fait chauffer du sucre, il fond. Mais lorsqu'on met du sucre dans l'eau, il se dissout. Quelle est la différence entre « fondre » et « dissoudre » ?


Rédige un compte rendu de tes observations.


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Espace de rendus
La dissolution du sucre

Aujourd’hui, tu vas faire disparaître du sucre dans de l’eau. Et tu vas filmer cette expérience !

Pour cela, munis-toi de :

  • un bécher ;
  • 100 mL d’eau à température ambiante (20 °C) ;
  • une balance ;
  • 220 g de sucre ;
  • un agitateur magnétique.


  1. Pèse 5 g de sucre. Verse l’eau dans le bécher. Place le bécher sur l’agitateur magnétique et allume-le. Ajoute petit à petit le sucre dans le bécher et observe. La solution obtenue est-elle homogène ?
  2. Le sucre n’est plus visible, mais a-t-il disparu pour autant ? À ton avis, que s’est-il passé ? Comment expliquer ce phénomène ? Donne ton point de vue devant la caméra.
  3. En chimie, la dissolution est le passage en solution d’un composé (appelé soluté) dans un solvant. Dans l’expérience que tu viens de mener, quel est le soluté ? Quel est le solvant ?
  4. Ajoute le reste du sucre. Que remarques-tu ? Peux-tu calculer la limite de saturation du sucre dans l’eau ?
  5. Lorsque l’on fait chauffer du sucre pour en faire un caramel, il fond. Mais lorsqu’on met du sucre dans l’eau, il se dissout. Quelle est la différence entre « fondre » et « dissoudre » ?

Rédige un compte rendu de tes observations.

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Le volume et la masse lors de la dissolution

Lorsque l'on met du sucre dans un verre d'eau, il se dissout. Mais le volume et la masse de cette eau ont-il changé ? Et pourquoi ?

Pour faire cette expérience, munis-toi de :

  • un bécher ;
  • 50 mL d’eau à température ambiante (20 °C) ;
  • une balance ;
  • 10 morceaux de sucre ;
  • un agitateur magnétique.

 Première expérience : le volume

  1. Verse 40 mL d'eau dans un bécher, puis 5 mL de sucre en poudre dans un petit récipient. Mesure et note précisément le volume de chacun des éléments.
  2. Verse le sucre dans l'eau. Le volume total (du sucre et de l’eau séparés) avant la dissolution est-il différent du volume total (de l’eau sucrée) après la dissolution ?
  3. Que peux-tu en conclure ?

 Deuxième expérience : la masse

  1. Verse 40 g d'eau dans un bécher, puis 5 g de sucre en poudre dans un petit récipient. Pèse et note précisément la masse de chacun des éléments.
  2. Verse le sucre dans l'eau. La masse totale (du sucre et de l’eau séparés) avant la dissolution est-elle différente de la masse totale (de l’eau sucrée) après la dissolution ?
  3. Que peux-tu en conclure ?


Rédige un compte rendu de tes différentes observations.

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Du sucre au bonbon

Attention : cette expérience nécessite un temps de réfrigération de 2 heures.

Aujourd’hui tu vas transformer le sucre en bonbons gélatineux. Et tu vas filmer cette expérience !

1. Pour ce faire tu as besoin de :

  • 10 cuillères à soupe de jus de pomme ;
  • 4 cuillères à soupe de jus de citron ;
  • 200 g de sucre ;
  • 5 feuilles de gélatine ;
  • colorant alimentaire ;
  • moules en silicone (en forme de nounours) ;
  • une casserole et une plaque chauffante.
Plonge les feuilles de gélatine dans de l’eau froide pour les faire ramollir.
Fais bouillir dans une casserole le jus de pomme, le jus de citron et le sucre pendant 5 minutes.

2. Le sucre n’est plus visible, mais a-t-il disparu pour autant ? À ton avis, que s’est-il passé ? Comment expliquer ce phénomène ? Donne ton point de vue devant la caméra.

3. Hors du feu, ajoute les feuilles de gélatine essorées.

Ajoute au mélange quelques gouttes de colorant alimentaire, puis verse tes bonbons dans des moules. Laisse durcir tes bonbons au réfrigérateur pendant 2 heures. En deux heures, ta préparation va passer de liquide à solide. Comment s’appelle ce changement d’état ? Comment expliquer ce phénomène ? Formule des hypothèses.

4. Quelles expériences peux-tu proposer pour vérifier ces hypothèses ?

 

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Création cristallisée

Attention : cette expérience nécessite un long temps de repos (une semaine).

Aujourd’hui tu vas réaliser des sucettes de sucre cristallisé. Et tu vas filmer cette expérience ! Mais attention, une fois la préparation réalisée, il faut sept jours environ pour que le sucre cristallise !

1. Pour cela, il te faut :

  • 3 tasses de sucre + du sucre pour y rouler les bâtons à sucette ;
  • 1 tasse d’eau ;
  • des bâtons à sucette ;
  • des verres ;
  • des pinces à linge ;
  • du colorant alimentaire ;
  • un arôme alimentaire ;
  • une casserole et une plaque chauffante.

 

2. Dans une casserole, mélange un peu d’eau et un peu de sucre et chauffe le mélange jusqu’à dissolution du sucre.

3. Le sucre n’est plus visible, mais a-t-il disparu pour autant ? À ton avis, que s’est-il passé ?
Comment expliquer ce phénomène ? Donne ton point de vue devant la caméra.

4. En chimie, la dissolution est le passage en solution d’un composé (appelé soluté) dans un solvant. Dans l’expérience que tu viens de mener, quel est le soluté ? Quel est le solvant ?

5. Ajoute petit à petit le reste de sucre jusqu’à saturation de l’eau (c’est-à-dire jusqu'à ce que l’eau ne puisse plus absorber le sucre). Lorsque l’eau devient trouble, verse quelques gouttes d’arôme alimentaire et continue à faire chauffer sans remuer jusqu’à ébullition.

6. Pourquoi l’eau ne peut-elle plus absorber le sucre ? Donne ton point de vue devant la caméra.

7. Laisse refroidir le mélange. Pendant ce temps, prépare les bâtons à sucette. Trempe-les dans un peu d’eau et roule-les dans du sucre. Laisse-les bien sécher.

Lorsque le sirop est froid, verse-le dans les verres et ajoute du colorant alimentaire. Plonge le bâton dans le sirop et utilise les pinces à linge pour le faire tenir sans qu’il ne touche ni les parois, ni le fond du verre (les pinces à linge doivent reposer sur le bord du verre).

Laisse ensuite les sucettes cristalliser pendant une semaine, puis retire-les des verres !
Au bout d’une semaine, le niveau du sirop a baissé. Pourquoi ? Qu’est devenu le sucre ? Qu’est devenue l’eau ? Comment s’appelle ce changement d’état ?

8. Pourquoi le sucre s’est-il agglutiné autour du bâton ? Quelle expérience pourrais-tu faire pour démontrer ton hypothèse ?


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VI. Le carnet d'écriture
L'écriture du compte rendu

Connais-tu les Exercices de style de Raymond Queneau ? Cet amoureux des mots s’est amusé à raconter 99 fois la même histoire de 99 façons différentes, en se donnant à chaque fois une contrainte d’écriture.

Sur ce principe, décris une première fois l’expérience sur le sucre que tu as eu l’occasion de réaliser. Puis, réécris-la en changeant le vocabulaire, le style des phrases pour que ton texte corresponde à l’un des styles suivant :

  • scientifique ;
  • poétique ; 
  • théâtral ; 
  • épistolaire ;
  • policier ;
  • descriptif ;
  • fantastique ; 
  • conte ;
  • épique ; 
  • pamphlet.

 

Puis recommence encore une fois en respectant l’une de ces contraintes :

  • sans la lettre « e » ;
  • sans le mot « sucre » ;
  • figures de style ; 
  • subjectivité ;
  • anagramme ;
  • anglicisme.

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Assembler du carnet

Pour garder une trace de tous les travaux, récupère les rendus de tes camarades sous forme numérique (tous vos « exercices de styles » mais aussi vos calligrammes). 

Utilise un logiciel de traitement de texte pour les assembler. Vérifie que chaque texte a un titre et que le nom de son auteur est précisé. Numérote les pages et prévois un saut de page entre chaque texte.

Ajoute au début du livre un sommaire et une page de couverture. Sur celle-ci doivent figurer le nom de l’auteur (les élèves de la classe de…) et le titre de votre œuvre. Tu peux également ajouter une image !


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