Programme physique-chimie bac pro : texte intégral

Préambule commun aux enseignements de mathématiques et de physique-chimie pour les classes de première et terminale

Intentions majeures

L'enseignement de mathématiques et de physique-chimie en classes de première et terminale de la voie professionnelle concourt à la formation intellectuelle, professionnelle et civique des élèves (le terme « élève » désigne l'ensemble des publics de la voie professionnelle : élève sous statut scolaire, apprenti ou adulte en formation). Il les prépare au baccalauréat professionnel dans l'objectif d'une insertion professionnelle ou d'une poursuite d'études supérieures réussies. Le programme est conçu à partir des intentions suivantes :

permettre à tous les élèves d'élargir leurs acquis dans les domaines des mathématiques et de la physique-chimie, afin de consolider leurs connaissances et leurs compétences dans ces domaines, dans une perspective d'évolution professionnelle et de formation personnelle ;
approfondir la formation des élèves aux activités de nature mathématique, physique et chimique en poursuivant la pratique des démarches mathématique et expérimentale ;
fournir aux élèves des outils mathématiques et scientifiques utiles aux enseignements généraux et professionnels ;
assurer les bases mathématiques et scientifiques indispensables à la formation tout au long de la vie et à une éventuelle poursuite d'études ;
participer au développement de compétences transversales qui contribuent à l'insertion sociale et professionnelle des élèves en leur permettant de devenir des citoyens éclairés et des professionnels capables de s'adapter à l'évolution des métiers liée entre autres à la transformation digitale et à la prise en compte des contraintes énergétiques et environnementales.

Compétences travaillées

Dans le prolongement des enseignements dispensés précédemment, cinq compétences communes aux mathématiques et à la physique-chimie sont travaillées. Elles permettent de structurer la formation et l'évaluation des élèves. L'ordre de leur présentation ne prescrit pas celui dans lequel ces compétences seront mobilisées par l'élève. Une liste non limitative de capacités associées indique la façon dont ces compétences peuvent être mises en œuvre ; leur niveau de maîtrise dépend de l'autonomie et de l'initiative requises dans les activités proposées.

S'approprier : rechercher, extraire et organiser l'information ; traduire des informations, des codages.
Analyser, raisonner : émettre des conjectures, formuler des hypothèses ; proposer une méthode de résolution ; choisir un modèle ou des lois pertinentes ; élaborer un algorithme ; choisir, élaborer un protocole ; évaluer des ordres de grandeur.
Réaliser : mettre en œuvre les étapes d'une démarche ; utiliser un modèle ; représenter (tableau, graphique...), changer de registre ; calculer (calcul littéral, calcul algébrique, calcul numérique exact ou approché, instrumenté ou à la main) ; mettre en œuvre un algorithme ; expérimenter, en particulier à l'aide d'outils numériques (logiciels ou dispositifs d'acquisition de données) ; faire une simulation ; effectuer des procédures courantes (représentations, collectes de données, utilisation du matériel...) ; mettre en œuvre un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité à partir d'un schéma ou d'un descriptif ; organiser son poste de travail ; exploiter et interpréter les résultats obtenus ou les observations effectuées afin de répondre à une problématique.
Valider : valider ou invalider un modèle, une hypothèse en argumentant ; contrôler la vraisemblance d'une conjecture ; critiquer un résultat (signe, ordre de grandeur, identification des sources d'erreur), argumenter ; conduire un raisonnement logique et suivre des règles établies pour parvenir à une conclusion (démontrer, prouver).
Communiquer : à l'écrit comme à l'oral, rendre compte d'un résultat en utilisant un vocabulaire adapté et choisir des modes de représentation appropriés ; expliquer une démarche.

Quelques lignes directrices pour l'enseignement

La bivalence : la conduite de l'enseignement des mathématiques et de la physique-chimie ne se résume pas à une juxtaposition des trois disciplines ; il est souhaitable qu'un même professeur les prenne toutes en charge. La physique et la chimie utilisent des notions mathématiques pour modéliser les situations étudiées ; certaines notions mathématiques peuvent être introduites ou éclairées à partir de situations issues de la physique ou de la chimie.
La maîtrise de la langue française : le professeur aide les élèves à surmonter les obstacles de compréhension liés à la prise d'informations et à leur interprétation (postulats implicites, inférences, polysémie...), les fait s'exprimer à l'oral comme à l'écrit et participer à la construction de la trace écrite ; il vérifie la qualité syntaxique et orthographique des productions.
La co-intervention : le professeur de mathématiques ou de physique-chimie et celui de l'enseignement professionnel interviennent ensemble devant les élèves ; l'analyse de situations problématisées, déterminées à partir du référentiel d'activités professionnelles, permet l'acquisition et le réinvestissement croisés des compétences professionnelles et des capacités et connaissances des programmes.
Développement durable et transition écologique et énergétique : le choix des applications ou exemples de contextualisation doit, autant que faire se peut, être associé à une réflexion sur la protection de l'environnement, l'efficacité énergétique ou l'adaptation au changement climatique ; les activités ou projets associant mathématiques, physique-chimie et enseignement professionnel (co-intervention, chef-d'œuvre) sont des moments privilégiés.
La diversité des activités de l'élève : travaux courts et fréquents hors du temps scolaire préparant à une éventuelle poursuite d'études ; travail de groupe ; activités de type résolution de problème ; équilibre entre temps de recherche et de manipulation, de dialogue et de verbalisation, de synthèse, d'exercices et problèmes, de rituels et d'analyse des erreurs.
La trace écrite : après le traitement de problématiques contextualisées, une phase de décontextualisation permet de rédiger une synthèse courte et fonctionnelle qui institutionnalise les modèles et lois.
Le travail expérimental ou numérique : calculatrices ou ordinateurs, outils de visualisation, de calcul, de simulation et de programmation ; va-et-vient entre expérimentation, formulation et validation. Les activités expérimentales développent notamment : exécuter un protocole en respectant et/ou en définissant les règles élémentaires de sécurité ; réaliser un montage à partir d'un schéma ou d'un document technique ; utiliser des appareils de mesure et d'acquisition de données ; rendre compte des observations ; exploiter et interpréter les informations obtenues.
L'évaluation des acquis : diversification du type et de la forme (expérimentale, écrite ou orale, individuelle ou collective, avec ou sans outil numérique) ; critères explicités ; évaluations courtes mais fréquentes fournissant des retours réguliers.

Programme de physique-chimie

Groupements de spécialités (information structurante)

Les différentes spécialités de baccalauréat professionnel sont rassemblées en six groupements dont la composition est publiée et actualisée par le ministère (arrêté du 6 juin 2023 modifié modifiant les groupements de mathématiques et de physique-chimie pour plusieurs spécialités de baccalauréat professionnel). Ces regroupements ont été opérés en fonction des besoins communs de formation en physique-chimie : deux spécialités d'un même groupement n'appartiennent pas nécessairement au même champ professionnel ni à la même famille de métiers. Les groupements renvoient à des programmes de physique-chimie qui, bien que différents, partagent les mêmes objectifs généraux de formation ainsi que la même organisation.

Groupement 1 : spécialités mobilisant de solides connaissances en mécanique (secteurs de l'aéronautique, de la maintenance, de la réalisation de produits mécaniques, de la transition énergétique). Accent sur le domaine « mécanique ».
Groupement 2 : spécialités mobilisant de solides connaissances en électricité et ses applications (secteur de l'électricité et des systèmes numériques). Accent sur le domaine « électricité ».
Groupement 3 : spécialités du secteur du bâtiment, du bois et de la métallerie. Accent sur le domaine « thermique » dans une perspective d'efficacité énergétique des bâtiments et d'écoresponsabilité.
Groupement 4 : spécialités liées aux métiers de l'imprimerie et des industries de la communication graphique, de la production de produits microtechniques et de la photographie. Le domaine « signaux », notamment les signaux optiques, constitue le pôle central.
Groupement 5 : spécialités mobilisant de solides connaissances en chimie (industrie chimique, cosmétologie, teinturerie, plasturgie...). Accent sur le domaine « chimie », avec une sensibilisation aux impacts environnementaux et climatiques.
Groupement 6 : spécialités très variées, de l'artisanat et des métiers d'art aux métiers de l'accompagnement et des « soins et services à la personne ». L'ensemble des domaines s'inscrit dans la continuité des classes précédentes.

Les modules spécifiques à chaque groupement sont listés dans la section « Groupements de spécialités : modules spécifiques en classe terminale » en fin de document. Les deux domaines transversaux « Mesures et incertitudes » et « Sécurité » (transcrits intégralement ci-dessous) sont communs à tous les groupements.

Objectifs des programmes

Les programmes de physique-chimie de la classe terminale se situent dans la continuité de ceux du cycle 4 et des classes antérieures de la voie professionnelle. Ils partagent le même objectif d'une acquisition des connaissances et capacités spécifiques à la physique-chimie associée à la maîtrise de la démarche expérimentale. L'ensemble se place dans la double perspective d'une insertion professionnelle et d'une poursuite d'études.

Les contenus ont été choisis en fonction de leur pertinence vis-à-vis de la spécialité de baccalauréat concernée et des acquis plus généraux nécessaires à des études supérieures technologiques ou professionnelles éventuelles. Ces programmes mettent en avant la pratique expérimentale ; la curiosité, l'esprit critique, la rigueur, le respect de la sécurité des personnes et l'usage raisonné du matériel figurent parmi les attitudes développées.

Le professeur doit le plus souvent possible s'appuyer sur une contextualisation des contenus dans le domaine professionnel de la spécialité préparée (exemples, travail personnel, évaluations, séances de co-intervention).

Développement durable et changement climatique : comprendre l'origine du réchauffement climatique, analyser la pertinence des solutions techniques proposées pour l'atténuer, identifier les protocoles et procédés conformes aux objectifs d'un développement durable, prendre conscience de l'importance des comportements individuels en milieu professionnel ou personnel.
Place du numérique en physique-chimie : acquisition et traitement de données expérimentales, tableur-grapheur, simulations, écriture d'algorithmes élémentaires, adaptation simple d'algorithmes existants, recherches documentaires, communication. Dans la continuité des programmes de la classe de seconde et de première, l'obtention de données expérimentales à l'aide de capteurs intégrés dans un circuit électrique associés à un dispositif d'acquisition (par exemple une carte à microcontrôleur) est encouragée ; l'activité de programmation doit rester simple et se limiter à l'adaptation élémentaire de code existant.
Limites du programme : les relations littérales dont la mémorisation est exigible sont explicitement fournies entre parenthèses dans la colonne des connaissances. L'ordre de présentation du programme ne préjuge pas de l'ordre de présentation des notions au cours de l'année, qui relève de la liberté pédagogique.

Organisation des programmes

Les programmes sont organisés en modules de capacités et de connaissances regroupés en sept domaines de connaissances : mesures et incertitudes, sécurité, électricité, thermique, mécanique, chimie et signaux. Pour chaque domaine sont indiqués les objectifs, les capacités et connaissances exigibles et les liens avec les mathématiques. À la fin du programme de chaque groupement, un paragraphe propose des pistes pédagogiques pour contextualiser les enseignements en relation avec les questions environnementales et climatiques. La structure des programmes et les intitulés des domaines sont communs à toutes les spécialités ; les modules, en revanche, ont été choisis de façon à aborder les problématiques spécifiques à chaque groupement.

Dans les programmes des classes terminales professionnelles, des éléments de connaissances et de capacités à aborder dans le cadre d'une préparation à la poursuite d'études sont indiqués pour chaque groupement de spécialités. Ces indications ne sont pas limitatives : le professeur peut aborder toute thématique supplémentaire qu'il estime adaptée à la spécialité préparée par ses élèves.

Volume horaire annuel de référence (éduscol) : 33 h de physique-chimie en terminale professionnelle.

Domaines de connaissances abordés dans les programmes

Tous les domaines ci-après sont abordés par tous les programmes, à des degrés divers, en fonction des besoins de formation des spécialités et du niveau d'enseignement.

Électricité : Comment obtenir et utiliser efficacement l'énergie électrique ? Dans la continuité des classes précédentes, principes de base pour comprendre les étapes de la production, de la distribution, de l'utilisation ou du stockage d'énergie électrique, sous l'angle de l'efficacité énergétique et de la limitation des émissions de gaz à effet de serre.
Thermique : Comment utiliser et contrôler les transferts thermiques ? Combustion du charbon et des hydrocarbures ; influence du dioxyde de carbone sur l'effet de serre ; modes de transferts thermiques ; transferts thermiques radiatifs et rayonnement thermique ; problématique de l'effet de serre atmosphérique et de son rôle dans le réchauffement climatique.
Mécanique : Comment contrôler le mouvement et l'équilibre de divers systèmes ? Mécanique du solide (rotation, équilibre de solides mobiles autour d'un axe fixe) ; mécanique des fluides (notion de pression centrale) ; caractérisation succincte du transport de matière par un fluide en mouvement dans plusieurs groupements.
Chimie : Comment analyser, transformer ou exploiter les matériaux dans le respect de l'environnement ? Niveaux très variables selon les groupements ; caractère opérationnel de la chimie : analyse, synthèse, exploitation des propriétés physicochimiques ; préoccupation environnementale systématique.
Signaux : Comment transmettre l'information ? Principaux phénomènes physiques utilisés pour transmettre l'information ; systèmes optiques pour les spécialités liées à l'image ; efficacité énergétique des dispositifs d'éclairage dans presque tous les groupements.

Domaines de connaissances transversaux communs à tous les groupements de spécialités

Deux domaines de connaissances au contenu transversal, « mesures et incertitudes » et « sécurité », ne doivent pas faire l'objet de cours spécifiques, mais doivent s'intégrer au traitement des autres parties des programmes. Ils sont communs à l'ensemble des groupements de spécialités.

Mesures et incertitudes : quelle variabilité dans le résultat d'une mesure ?

Objectifs : sensibiliser l'élève à la variabilité des valeurs obtenues au cours d'une opération de mesure et lui fournir des éléments permettant de quantifier cette variabilité en ordre de grandeur (il ne s'agit pas d'évaluer de manière précise et formalisée les incertitudes dans le cas général). L'élève doit notamment être habitué à :

identifier les différentes sources d'erreurs (défaut de la méthode de mesure, imperfection ou utilisation incorrecte d'un appareil de mesure...) et y remédier si possible ;
quantifier en ordre de grandeur l'incertitude sur la mesure directe ;
présenter le résultat d'une mesure de façon raisonnée (unités de mesure adaptées, choix pertinent du nombre de chiffres significatifs).

L'évaluation des incertitudes composées n'est pas exigible et s'appuie, si besoin, sur une formule fournie ou sur un logiciel spécialisé. L'élève est amené à s'interroger sur les enjeux associés aux incertitudes de mesure (scientifiques, environnementaux, commerciaux, juridiques ou réglementaires) ; la valeur mesurée peut être comparée à une valeur de référence pour conclure qualitativement à la compatibilité ou à la non-compatibilité.

Capacités et connaissances :

Capacités : Analyser les enjeux de l'évaluation d'une incertitude de mesure. Exploiter une série de mesures indépendantes d'une grandeur physique : histogramme, moyenne et écart-type. Évaluer qualitativement la dispersion d'une série de mesures indépendantes. Déterminer l'incertitude associée à une mesure simple réalisée avec un instrument de mesure à partir des indications figurant dans sa notice d'utilisation (éventuellement simplifiée). Écrire avec un nombre adapté de chiffres significatifs le résultat d'une mesure.
- Connaissances : Savoir que la mesure d'une grandeur physique présente toujours une incertitude due à l'instrument de mesure, à son utilisation et à la variabilité de facteurs non contrôlés. Savoir que la moyenne d'une série de mesures indépendantes est le meilleur estimateur de la valeur de la grandeur étudiée. Savoir que la dispersion d'une série de mesures indépendantes peut être approximativement évaluée en calculant l'écart-type de la distribution des mesures. Savoir que cette dispersion est un estimateur de l'incertitude de mesure. Savoir que l'incertitude associée à une mesure effectuée avec un instrument peut s'évaluer à partir d'indications fournies par le constructeur.

Sécurité : comment travailler en toute sécurité ?

Objectifs : domaine transversal destiné à sensibiliser aux risques liés à l'utilisation d'appareils électriques, de produits chimiques, de sources lumineuses ou sonores et à former au respect des règles d'utilisation associées, afin que l'élève adopte un comportement responsable lors des activités expérimentales et respecte les règles de sécurité.

Capacités et connaissances :

Capacités : Utiliser de façon raisonnée les équipements de protection individuelle adaptés à la situation.
- Connaissances : Connaître les équipements de protection individuelle adaptés à la situation et leurs conditions d'utilisation.
Capacités : Identifier un pictogramme sur l'étiquette d'un produit chimique de laboratoire ou d'usage domestique ou professionnel. Identifier et appliquer les règles liées au tri sélectif des déchets chimiques.
- Connaissances : Savoir que les pictogrammes et la lecture de l'étiquette d'un produit chimique renseignent sur les risques encourus et sur les moyens de s'en prévenir, sous forme de phrases de risques et de phrases de sécurité.
Capacités : En électricité, justifier la présence et les caractéristiques des dispositifs permettant d'assurer la protection des matériels et des personnes (coupe-circuit, fusible, disjoncteur, disjoncteur différentiel, mise à la terre).
- Connaissances : Connaître les principaux dispositifs de protection présents dans une installation électrique et leur rôle. Connaître les limites d'utilisation des appareils utilisés, notamment les multiprises.
Capacités : Identifier les dangers d'une exposition au rayonnement d'une source lumineuse dans le visible ou non : par vision directe, par réflexion.
- Connaissances : Connaître certaines caractéristiques de la lumière émise par une source laser (monochromaticité, puissance et divergence du faisceau laser). Connaître l'existence de classes de laser. Connaître les dangers, pour la santé (œil, peau), d'une exposition au rayonnement.
Capacités : Utiliser les protections adaptées à l'environnement sonore de travail.
- Connaissances : Connaître le seuil de dangerosité et de douleur pour l'oreille humaine (l'échelle de niveau d'intensité acoustique étant fournie).

Groupements de spécialités : modules spécifiques en classe terminale

Section de préservation de l'information par groupement. Le programme propre à chaque spécialité dépend du groupement auquel elle appartient. Pour chaque groupement sont listés ci-dessous les modules (capacités et connaissances associées dans le texte officiel) de chaque domaine de connaissances en classe terminale. Chaque programme de groupement se termine par des pistes pédagogiques de contextualisation en relation avec les questions environnementales et climatiques, ainsi que par un module « Notions complémentaires à aborder dans le cadre d'une préparation à la poursuite d'études » (indications non limitatives, propres à chaque groupement).

Groupement 1 (mécanique ; aéronautique, maintenance, réalisation de produits mécaniques, transition énergétique)

Électricité : « Évaluer la puissance consommée par un appareil électrique » ; « Obtenir un courant continu à partir d'un courant alternatif et inversement » ; « Obtenir de l'énergie mécanique à l'aide d'un moteur électrique synchrone ou asynchrone ».
Thermique : « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Mécanique : « Caractériser la pression dans un fluide immobile » ; « Décrire le transport de masse et de volume par un fluide en mouvement ».
Chimie : « Prévoir une réaction d'oxydoréduction et protéger les métaux contre la corrosion ».
Signaux : « Caractériser la propagation d'un signal sonore ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement (par exemple : transformations d'énergie dans les piles et accumulateurs, phénomènes vibratoires, période propre et résonance mécanique).

Groupement 2 (électricité ; électricité et systèmes numériques)

Électricité : « Obtenir un courant continu à partir d'un courant alternatif et inversement » ; « Obtenir de l'énergie mécanique à l'aide d'un moteur électrique synchrone ou asynchrone » ; « Caractériser le réseau triphasé » ; « Obtenir de l'énergie électrique par induction électromagnétique » ; « Stocker l'énergie à l'aide d'un système électrochimique ».
Thermique : « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Chimie : « Prévoir une réaction d'oxydoréduction et protéger les métaux contre la corrosion ».
Signaux : « Transmettre l'information » ; « Caractériser la propagation d'un signal sonore ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement.

Groupement 3 (bâtiment, bois, métallerie ; accent thermique)

Électricité : « Transporter l'énergie sous forme électrique » ; « Stocker l'énergie à l'aide d'un système électrochimique ».
Thermique : « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Mécanique : « Caractériser l'accélération et la vitesse d'un objet se déplaçant en ligne droite ».
Chimie : « Prévoir une réaction d'oxydoréduction et protéger les métaux contre la corrosion ».
Signaux : « Choisir une source lumineuse » ; « Transmettre l'information » ; « Atténuer une onde sonore par transmission ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement.

Groupement 4 (imprimerie, communication graphique, microtechniques, photographie ; accent signaux optiques)

Électricité : « Évaluer la puissance consommée par un appareil électrique » ; « Stocker l'énergie à l'aide d'un système électrochimique ».
Thermique : « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Chimie : « Prévoir une réaction d'oxydoréduction et protéger les métaux contre la corrosion ».
Signaux : « Transmettre l'information » ; « Produire une image en couleur » ; « Caractériser la propagation d'un signal sonore ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement.

Groupement 5 (chimie ; industrie chimique, cosmétologie, teinturerie, plasturgie)

Électricité : « Stocker l'énergie à l'aide d'un système électrochimique ».
Thermique : « Distinguer les trois modes de transfert thermique » ; « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Chimie : « Caractériser une solution acido-basique » ; « Réaliser des analyses physicochimiques » ; « Réaliser des synthèses en chimie organique » ; « Synthétiser et identifier les matières plastiques recyclables » ; « Déterminer l'action d'un détergent ou d'un savon ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement.

Groupement 6 (artisanat, métiers d'art, accompagnement, soins et services à la personne)

Électricité : « Transporter l'énergie sous forme électrique » ; « Stocker l'énergie à l'aide d'un système électrochimique ».
Thermique : « Distinguer les trois modes de transfert thermique » ; « Utiliser le rayonnement thermique et comprendre l'origine de l'effet de serre atmosphérique ».
Mécanique : « Exploiter la force d'Archimède ».
Chimie : « Caractériser une solution acido-basique » ; « Prévoir une réaction d'oxydoréduction et protéger les métaux contre la corrosion ».
Signaux : « Transmettre l'information ».
Notions complémentaires pour la poursuite d'études : prévues dans le texte officiel pour ce groupement.

Programme de physique-chimie du bac pro : terminale professionnelle