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ancien programme de SVT classe de seconde

Planétologie et Sciences de l'environnement et Paléobiologie

Suite du programme: Biologie

BO n°6 du 12 août 1999 (Hors Série) et documents d'accompagnement (textes provisoires du GTD sur le site du CNDP) textes officiels: http://www.cndp.fr/svt/ et http://www.education.gouv.fr/bo/

La planète terre et son environnement (8 semaines)

Cette partie du programme est d'une part une initiation à la planétologie par une étude comparée des planètes et d'autre part une introduction aux problèmes d'environnement globaux par l'intermédiaire de l'étude de la dynamique des enveloppes externes de la planète Terre (atmosphère et océans). Elle s'articule autour de la perception de l'espace, du mouvement et des durées caractéristiques des phénomènes naturels. Il s'agit de situer l'Homme dans son environnement au sens le plus large (dans le système solaire et sur Terre), de montrer comment on étudie cet environnement (missions spatiales, observations de la Terre depuis l'espace) et de prendre conscience de sa fragilité.

Cette partie du programme s'appuie sur les acquis des classes du collège. L'un des objectifs est d'établir que la compréhension et l'évolution de notre environnement (passé et futur) nécessite une bonne perception des échelles d'espace et de durée des phénomènes. Des calculs très simples permettent de comprendre les mouvements des planètes autour du Soleil, de percevoir les problèmes d'environnement à l'échelle globale et d'avoir un avis sur des enjeux importants du monde futur (effet de serre, dispersion des polluants par l'atmosphére et les océans, stockage des déchets, etc). Deux grands thèmes seront abordés : ''La Terre est une planète du système solaire" et ''La planète Terre et son environnement global".

Ce programme demande une FORMATION CONTINUE adaptée (de connaissances notamment sur les méthodes (toutes différentes... ne pas oublier notamment que la paléobiologie n'est pas une science expérimentale) et les théories de ces sciences qui n'entrent pas dans le cursus habituel d'une maîtrise d'enseignement des SVT...).

notions et contenus	limites	travaux pratiques envisageables
La Terre est une planète du système solaire Le Soleil est une étoile autour de laquelle tournent différent objets (planètes, astéroodes, comètes) (1), Ils sont de tailles, compositions chimiques et activités internes variées. Certaines planètes ont des enveloppes extemes gazeuses ou liquides. L'énergie solaire reçue par les planètes varie en fonction de la distance au soleil. La répartition en latitude des climats et l'alternance des saisons sont des conséquences de la sphéricité de la Terre, et de sa rotation autour d'un axe incliné par rapport au plan de révolution autour du soleil.	Ne sont pas au programme: - L'astronomie d'observation	- Comparaison des planètes : Études d'images et de données des sondes spatiales. Documents de planétologie comparée. Mise en évidence d'une activité inteme des planètes (ou de son absence) à partir de l'observation de leurs surfaces (appareils volcaniques, figures tectoniques et leur chronologie relative, etc). Comparaison des mouvements atmosphériques de planètes géantes avec ceux observés sur Terre. - Quantité d'énergie reçue par les planètes : Climats et saisons - Effet de serre : Expérience analogique mondant la variation de la quantité d'énergie reçue par unité de surface planétaire en fonction de l'éloignement au Soleil. Expérience avec une lampe de forte puissance. On mesure avec un détecteur la variation d'énergie que reçoit une surface donnée en fonction de l'éloignement à la lampe. L'émission sphérique de l'énergie conduit à une dépendance en l'inverse du carré de la distance au Soleil. Explication analogique de la répartition en latitude des climats et de, l'alternance des saisons en fonction de l'éclairement solaire. On éclaire un globe terrestre par un pinceau de lumière parallèle de taille plus petite que le globe et faisant un angle de 23° avec l'équateur de ce globe. En déplaçant ce faisceau de lumière de l'équateur aux pôles, on montre que la surface éclairée change. Sur un globe quadrillé par des secteurs de surfaces connues on peut montrer que la quantité d'énergie reçue à la surface change avec la latitude. Les saisons sont explicables en faisant référence à l'axe de rotation du globe par rapport au faisceau de lumière. Expérience analogique sur les gaz à elfe de serre : conséquences de la composition de l'atmosphère sur la température à la surface de la planète. - Observations de la Terre par satellite - Mouvements atmosphériques et océaniques - Diffusion des pollutions : Utilisation d'un radiomètre. Mise en évidence de la signature optique de certains matériaux (végétation, sable sec, sable humide) par l'étude de leurs réflectances à différentes longueurs d'onde en utilisant des filtres. Mise en évidence du rôle de la rotation terrestre sur les mouvements atmosphériques ou océaniques. Etude de photos satellitales météorologiques (figures cycloniques) de la circulation atmosphérique, et de la propagation de nuages de poussières (par exemple volcan Pinatubo), de polluants ~par exemple nuage radioactif de Tchemobyl). Calcul à l'ordre de grandeur des mouvements des masses d'air. Simulation à l'aide d'une maquette analogique de courants profonds avec des liquides de densités et de couleurs différentes. Calcul à l'ordre de grandeur des mouvements des masses d'eau par l'étude de la propagation de fronts de pollution ou de la dérive de bouées de mesure dans les grands courants, etc.
Planète Terre et environnement global La structure et l'évolution des enveloppes extemes de la Terre (atmosphère, hydrosphère, lithosphère et biosphère) s'étudient à partir d'images satellitales (2). L'effet de serre résulte comme sur Mars et Vénus de la présence d'une atmosphère (3). Les mouvements des masses atmosphériques et océaniques résultent de l'inégale répartition géographique de l'énergie solaire parvenant à la surface de la Terre et de la rotation terrestre. Ces mouvements ont des conséquences sur l'évolution de l'environnement planétaire. L'atmosphère terrestre a une composition chimique et une sbucture thermique qui varient avec l'altitude (4). L'ozone protège la Terre du rayonnement UV ; il est aussi responsable de la séparation troposphére/stratosphére. Les mouvements atmosphériques sont rapides (de l'ordre de la dizaine de m.s-1) et permettent un mélange efficace des gaz et polluants (CO2, CFC, poussières, etc) à l'échelle planétaire. Les masses océaniques sont animées de mouvements de deux types : les courants de surface (couplés à la circulation atmosphé- tique) et les courants profonds (liés aux dioEérences de température et de salinité de l'eau de mer (5)). Ces deux types de courants ont des vitesses de déplacement différentes. Ces vitesses sont plus faibles que celle de l'atmosphère et disséminent moins rapidement les polluants à l'échelle planétaire.	- Le bilan énergétique détaillé de l'effet de serre     - Le détail des réactions photochimiques de fabrication et de destruction de l'ozone.     - Les développements théoriques et quantitatifs sur la force de Coriolis.
La biosphère : ensemble de la matière vivante Notion de respiration, de fermentation, synthèse chlorophyllienne. Les cycles de 1'oxygène, du CO2 et de l'eau (6) : ils montrent comment la lithosphère-l'hydrosphère, l'atmosphère et la biosphère sont couplées. Influence de l'Homme. Action sur la température de surface.	- Les mécanismes de la photosynthèse, de la respiration et de la fermentation.   - Le bilan détaillé de l'écosystème terrestre.  - Les bilans quantitatifs des cycles géochimiques.
Evolution historique de la composition de l'atmosphère : La courbe des teneurs en CO2 ct O2 de l'atmosphère terrestre depuis 4,5 milliards d'années. La courbe des températures fossiles et des teneurs en CO2 au cours du quatemaire récent déterminée grâce à l'étude des isotopes de l'oxygène et des inclusions gazeuses des carottes polaires.	- Les mécanismes exacts des fractionnements isotopiques de l'oxygène.	- Les séries temporelles : Rappel des principes de stratigraphie. Enregistrement des séquences sédimentaires ou glaciaires. Vitesse de sédimentation. Examen des chronograrnmes. Apprentissage des commentaires. Corrélations entre chronogrammes. (Il s'agira là d'un travail commun avec le professeur de mathématiques pour introduire sur ces exemples la notion de corrélation de manière très empirique).

Relations tranversales avec le programme de physique-chimie
1) Les objets du système solaire tournent autour du Soleil avec des périodes de révolutions et des vitesses différentes. Cet aspect de la planétologie est contenu dans la partie du programme de physique "Temps, mouvements ct forces". Les lois de Képler peuvent être évoquées.
(2) Intérêt de travailler à certaines longueurs d'onde pour observer les objets de la surface de la Terre (végétation, eau, sol, etc.). Utilisation de la partie du programme de physique "Message de la lumière".
(3) Utiliser la partie du programme de physique ''Message de la lumière". Le spectre de la lumière du Soleil correspond à la température élevée de sa surface. Ce spectre est modifié par absorption de certaines longueurs d'ondes par des molécules de l'atmosphère (exemple : l'ozone). La Terre émet de la lumière infrarouge qui correspond à sa tempèrature de surface. Une partie de ce rayonnement est absorbé par les moléculcs de H2O et CO2 de l'atmosphère.
(4) La variation de la température et de la pression de l'atmosphère terrestre en fonction de l'altitude sont des notions contenues dans le cours physique "L'air qui nom entoure".
(5) L'océan a une composition chimiquc complexe. Une caractérisation des ions (Na+ Cl-, HCO₃-, CO₃2-... ) en solution dans l'eau de mer peut faire l'objet d'une manipulation pendant le cours de chimie. Certaines réactions chimiques ont lieu dans l'océan comme par exemple la réaction de précipitation des carbonates. Cette réaction est sensible à la température, à la teneur en CO2 dissout dans l'eau de mer.
(6) Dans le cycles du CO2 ce dernier n'est pas toujours sous forme de l'espèce CO2. Il peut se trouver piégé dans les carbonates par exemple. Il faut ainsi savoir exprimer la quantité équivalente de CO2 dans un carbonate. Cet aspect peut être traité en chimie lors de la présentation des grandeurs molaire.