Seules les parties de programme concernant les sciences de la Terre sont détaillées.
Au collège
Cycle 3
AFC : Décrire les états et la constitution de la matière à l’échelle macroscopique.
- AAC : Mettre en œuvre des observations et des expériences pour caractériser un échantillon de matière.
Diversité de la matière : métaux, minéraux, verres, plastiques, matière organique sous différentes formes…
L’état physique d’un échantillon de matière dépend de conditions externes, notamment de sa température.
Quelques propriétés de la matière solide ou liquide (par exemple : densité, solubilité, élasticité…).
La matière à grande échelle : Terre, planètes, Univers.
Cycle 4
AFC : Explorer et expliquer certains phénomènes géologiques liés au fonctionnement de la Terre.
- AAC : La Terre dans le système solaire.
- AAC : Expliquer quelques phénomènes géologiques à partir du contexte géodynamique global.
Le système solaire, les planètes telluriques et les planètes gazeuses.
Le globe terrestre (forme, rotation, dynamique interne et tectonique des plaques ; séismes, éruptions volcaniques).
Eres géologiques.
AFC : Explorer et expliquer certains éléments de météorologie et de climatologie.
- AAC : Expliquer quelques phénomènes météorologiques et climatiques.
Météorologie; dynamique des masses d’air et des masses d’eau ; vents et courants océaniques.
Différence entre météo et climat ; les grandes zones climatiques de la Terre.
Les changements climatiques passés (temps géologiques) et actuel (influence des activités humaines sur le climat).
AFC : Identifier les principaux impacts de l’action humaine, bénéfices et risques, à la surface de la planète Terre.
- AAC : Relier les connaissances scientifiques sur les risques naturels (ex. séismes, cyclones, inondations) ainsi que ceux liés aux activités humaines (pollution de l’air et des mers, réchauffement climatique…) aux mesures de prévention (quand c’est possible), de protection, d’adaptation, ou d’atténuation.
Les phénomènes naturels : risques et enjeux pour l’être humain
Notions d’aléas, de vulnérabilité et de risque en lien avec les phénomènes naturels ; prévisions
AFC : Envisager ou justifier des comportements responsables face à l’environnement et à la préservation des ressources limitées de la planète.
- AAC : Caractériser quelques-uns des principaux enjeux de l’exploitation d’une ressource naturelle par l’être humain, en lien avec quelques grandes questions de société.
L’exploitation de quelques ressources naturelles par l’être humain (eau, sol, pétrole, charbon, bois, ressources minérales, ressources halieutiques, …) pour ses besoins en nourriture et ses activités quotidiennes.
- AAC : Comprendre et expliquer les choix en matière de gestion de ressources naturelles à différentes échelles.
- AAC : Expliquer comment une activité humaine peut modifier l’organisation et le fonctionnement des écosystèmes en lien avec quelques questions environnementales globales.
- AAC : Proposer des argumentations sur les impacts générés par le rythme, la nature (bénéfices/ nuisances), l’importance et la variabilité des actions de l’être humain sur l’environnement.
Quelques exemples d’interactions entre les activités humaines et l’environnement, dont l’interaction être humain – biodiversité (de l’échelle d’un écosystème local et de sa dynamique jusqu’à celle de la planète.
AFC : Mettre en relation différents faits et établir des relations de causalité pour expliquer l’évolution des êtres vivants
- AAC : Mettre en évidence des faits d’évolution des espèces et donner des arguments en faveur de quelques mécanismes de l’évolution.
Apparition et disparition d’espèces au cours du temps (dont les premiers organismes vivants sur Terre).
Au lycée
Seconde
La Terre, la vie et l’organisation du vivant
La biodiversité change au cours du temps.
- La biodiversité évolue en permanence. Cette évolution est observable sur de courtes échelles de temps, tant au niveau génétique que spécifique.
- L’étude de la biodiversité du passé par l’examen des fossiles montre que l’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du vivant. Ainsi, les organismes vivants actuels ne représentent-ils qu’une infime partie des organismes ayant existé depuis le début de la vie.
- Les crises biologiques sont un exemple de modification importante de la biodiversité (extinctions massives suivies de diversification).
- De nombreux facteurs, dont l’activité humaine, provoquent des modifications de la biodiversité.
Les enjeux contemporains de la planète
Géosciences et dynamique des paysages
Dans ce thème, l’étude des paysages actuels permet de comprendre les mécanismes de leur évolution, le caractère inexorable de l’érosion et l’importance des mécanismes sédimentaires. Par de nombreuses manipulations, les élèves abordent également, dans une première approche, l’étude pétrologique qui sera ensuite enrichie dans l’enseignement de spécialité. Enfin, ils saisissent l’intérêt des géosciences pour comprendre le monde qui nous entoure mais aussi pour identifier les ressources utilisables par l’humanité et prévenir les risques.
L’érosion, processus et conséquences
- L’érosion affecte la totalité des reliefs terrestres. L’eau est le principal facteur de leur altération (modification physique et chimique des roches) et de leur érosion (ablation et transport des produits de l’altération).
- L’altération des roches dépend de différents facteurs dont la nature des roches (cohérence, composition), le climat et la présence de végétation.
- Une partie des produits d’altération, solubles et/ou solides, sont transportés jusqu’au lieu de leur sédimentation, contribuant à leur tour à la modification du paysage.
Sédimentation et milieux de sédimentation
- Il existe une diversité de roches sédimentaires détritiques (conglomérats, grès, pélites) en fonction de la nature des dépôts.
- Les roches formées dépendent des apports et du milieu de sédimentation.
- Ces roches sont formées par compaction et cimentation des dépôts sédimentaires suite à l’enfouissement en profondeur.
Érosion et activité humaine
- L’être humain utilise de nombreux produits de l’érosion/sédimentation pour ses besoins. Par ailleurs, l’activité humaine peut limiter ou favoriser l’érosion, entraînant des risques importants dans certaines zones du globe. Des mesures d’aménagement spécifiques peuvent limiter les risques encourus par les populations humaines.
Première spécialité SVT
La Terre, la vie et l’organisation du vivant
La dynamique interne de la Terre
Les élèves découvrent le fonctionnement interne actuel de la Terre, une planète active. Ils apprennent comment les méthodes des géosciences permettent de construire une approche scientifique de la dynamique terrestre. C’est aussi l’occasion pour eux de s’approprier les ordres de grandeur des objets (échelles de temps, échelle de taille) et des mécanismes de la géologie, en mobilisant différents objets géologiques, de la roche au globe terrestre.
La structure du globe terrestre
Des contrastes entre les continents et les océans
- La distribution bimodale des altitudes observée entre continents et le fond des océans reflète un contraste géologique, qui se retrouve dans la nature des roches et leur densité.
- Si la composition de la croûte continentale présente une certaine hétérogénéité visible en surface (roches magmatiques, sédimentaires, métamorphiques), une étude en profondeur révèle que les granites en sont les roches les plus représentatives.
L’apport des études sismologiques et thermiques à la connaissance du globe terrestre
- Un séisme résulte de la libération brutale d’énergie lors de rupture de roches soumises à des contraintes.
- Les informations tirées du trajet et de la vitesse des ondes sismiques permettent de comprendre la structure interne de la Terre (croûte – manteau – noyau ; modèle sismique PREM [Preliminary Reference Earth Model], comportement mécanique du manteau permettant de distinguer lithosphère et asthénosphère ; état du noyau externe liquide et du noyau interne solide).
- Les études sismologiques montrent les différences d’épaisseur entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale.
- L’étude des séismes au voisinage des fosses océaniques permet de différencier le comportement d’une lithosphère cassante par rapport à une asthénosphère plus ductile.
- La température interne de la Terre croît avec la profondeur (gradient géothermique). Le profil d’évolution de la température interne présente des différences suivant les enveloppes internes de la Terre, liées aux modes de transfert thermique : la conduction et la convection. Le manteau terrestre est animé de mouvements de convection, mécanisme efficace de transfert thermique.
- La propagation des ondes sismiques dans la Terre révèle des anomalies de vitesse par rapport au modèle PREM. Elles sont interprétées comme des hétérogénéités thermiques au sein du manteau.
La dynamique de la lithosphère
La caractérisation de la mobilité horizontale
- La lithosphère terrestre est découpée en plaques animées de mouvements. Le mouvement des plaques, dans le passé et actuellement, peut être quantifié par différentes méthodes géologiques : études des anomalies magnétiques, mesures géodésiques, détermination de l’âge des roches par rapport à la dorsale, alignements volcaniques liés aux points chauds.
- La distinction de l’ensemble des indices géologiques et les mesures actuelles permettent d’identifier des zones de divergence et des zones de convergence aux caractéristiques géologiques différentes (marqueurs sismologiques, thermiques, pétrologique).
La dynamique des zones de divergence
- La divergence des plaques de part et d’autre des dorsales permet la mise en place d’une nouvelle lithosphère.
- Celle-ci se met en place par apport de magmas mantelliques à l’origine d’une nouvelle croûte océanique. Ce magmatisme à l’aplomb des dorsales s’explique par la décompression du manteau.
- Dans certaines dorsales (dorsales lentes) l’activité magmatique est plus réduite et la divergence met directement à l’affleurement des zones du manteau.
- La nouvelle lithosphère formée se refroidit en s’éloignant de l’axe et s’épaissit. Cet épaississement induit une augmentation progressive de la densité de la lithosphère.
- La croûte océanique et les niveaux superficiels du manteau sont le siège d’une circulation d’eau qui modifie les minéraux.
La dynamique des zones de convergence : Les zones de subduction
- La lithosphère océanique plonge en profondeur au niveau d’une zone de subduction.
- Les zones de subduction sont le siège d’un magmatisme sur la plaque chevauchante.
- Le volcanisme est de type explosif : les roches mises en place montrent une diversité pétrologique mais leur minéralogie atteste toujours de magmas riches en eau.
- Ces magmas sont issus de la fusion partielle du coin de manteau situé sous la plaque chevauchante ; ils peuvent s’exprimer en surface ou peuvent cristalliser en profondeur, sous forme de massifs plutoniques. Ils peuvent subir des modifications lors de leur ascension, ce qui explique la diversité des roches.
- La fusion partielle des péridotites est favorisée par l’hydratation du coin de manteau.
- Les fluides hydratant le coin de manteau sont apportés par des transformations minéralogiques affectant le panneau en subduction, dont une partie a été hydratée au niveau des zones de dorsales.
- La mobilité des plaques lithosphériques résulte de phénomènes de convection impliquant les plaques elles-mêmes et l’ensemble du manteau.
- L’augmentation de la densité de la lithosphère constitue un facteur important contrôlant la subduction et, par suite, les mouvements descendants de la convection. Ceux-ci participent à leur tour à la mise en place des mouvements ascendants.
La dynamique des zones de convergence : Les zones de collision
- L’affrontement de lithosphère de même densité conduit à un épaississement crustal. L’épaisseur de la croûte résulte d’un raccourcissement et d’un empilement des matériaux lithosphériques.
- Raccourcissement et empilement sont attestés par un ensemble de structures tectoniques déformant les roches (plis, failles, chevauchements, nappes de charriage).
Première Enseignement Scientifique
3 – La Terre, un astre singulier
La Terre, singulière parmi un nombre gigantesque de planètes, est un objet d’étude ancien.
Les évidences apparentes et les récits non scientifiques ont d’abord conduit à de premières représentations. La compréhension scientifique de sa forme, son âge et son mouvement résulte d’un long cheminement, émaillé de controverses.
3.2 – L’histoire de l’âge de la Terre
L’âge de la Terre est d’un ordre de grandeur sans rapport avec la vie humaine. Sa compréhension progressive met en œuvre des arguments variés.
Au cours de l’histoire des sciences, plusieurs arguments ont été utilisés pour aboutir à la connaissance actuelle de l’âge de la Terre : temps de refroidissement, empilements sédimentaires, évolution biologique, radioactivité.
L’âge de la Terre aujourd’hui précisément déterminé est de 4,57.109 ans.
Terminale Spé SVT
À la recherche du passé géologique de notre planète
Le temps et les roches
La chronologie relative
– Les relations géométriques (superposition, recoupement, inclusion) permettent de reconstituer la chronologie relative de structures ou d’événements géologiques de différentes natures et à différentes échelles d’observation.
– Les associations de fossiles stratigraphiques, fossiles ayant évolué rapidement et présentant une grande extension géographique, sont utilisées pour caractériser des intervalles de temps.
– L’identification d’associations fossiles identiques dans des régions géographiquement éloignées permet l’établissement de corrélations temporelles entre formations.
– Les coupures dans les temps géologiques sont établies sur des critères paléontologiques : l’apparition ou la disparition de groupes fossiles.
– La superposition des intervalles de temps, limités par des coupures d’ordres différents (ères, périodes, étages), aboutit à l’échelle stratigraphique.
La chronologie absolue
– La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément.
– La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche.
– Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie. Ils se distinguent par la période de l’élément père.
– Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative.
– Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés.
– L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche). Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide). Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.
Les traces du passé mouvementé de la Terre
Des domaines continentaux révélant des âges variés
- Les continents associent des domaines d’âges différents. Ils portent des reliquats d’anciennes chaînes de montagnes (ou ceintures orogéniques) issues de cycles orogéniques successifs.
La recherche d’océans disparus
- Les ophiolites sont des roches de la lithosphère océanique. La présence de complexes ophiolitiques formant des sutures au sein des chaînes de montagnes témoigne de la fermeture de domaines océaniques, suivie de la collision de blocs continentaux par convergence de plaques lithosphériques.
- L’émergence d’ophiolites résulte de phénomènes d’obduction ou de subduction, suivis d’une exhumation.
Les marques de la fragmentation continentale et de l’ouverture océanique
- Les marges passives bordant un océan portent des marques de distension (failles normales et blocs basculés) qui témoignent de la fragmentation initiale avant l’accrétion océanique.
- Les stades initiaux de la fragmentation continentale correspondent aux rifts continentaux.
- La dynamique de la lithosphère détermine ainsi différentes périodes paléogéographiques, avec des périodes de réunion de blocs continentaux, liées à des collisions orogéniques, et des périodes de fragmentation conduisant à la mise en place de nouvelles dorsales.
Les climats de la Terre : comprendre le passé pour agir aujourd’hui et demain
Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées
D’environ 1°C en 150 ans, le réchauffement climatique observé au début du XXIe siècle est corrélé à la perturbation du cycle biogéochimique du carbone par l’émission de gaz à effet de serre liée aux activités humaines.
À l’échelle du Quaternaire, des données préhistoriques, géologiques et paléo-écologiques attestent l’existence, sur la période s’étendant entre -120 000 et -11 000 ans, d’une glaciation, c’est-à-dire d’une période de temps où la baisse planétaire des températures conduit à une vaste extension des calottes glaciaires. Les témoignages glaciaires (moraines), la mesure de rapports isotopiques de l’oxygène dans les carottes polaires antarctiques et les sédiments font apparaître une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires durant les derniers 800 000 ans.
Les rapports isotopiques montrent des variations cycliques coïncidant avec des variations périodiques des paramètres orbitaux de la Terre. Celles-ci ont modifié la puissance solaire reçue et ont été accompagnées de boucles de rétroactions positives et négatives (albédo lié à l’asymétrie des masses continentales dans les deux hémisphères, solubilité océanique du CO2) ; elles sont à l’origine des entrées et des sorties de glaciation.
Globalement, à l’échelle du Cénozoïque, et depuis 30 millions d’années, les indices géochimiques des sédiments marins montrent une tendance générale à la baisse de température moyenne du globe.
Celle-ci apparaît associée à une baisse de la concentration atmosphérique de CO2 en relation avec l’altération des matériaux continentaux, notamment à la suite des orogénèses du Tertiaire. De plus, la variation de la position des continents a modifié la circulation océanique.
Au Mésozoïque, pendant le Crétacé, les variations climatiques se manifestent par une tendance à une hausse de température. Du fait de l’augmentation de l’activité des dorsales, la géodynamique terrestre interne semble principalement responsable de ces variations.
Au Paléozoïque, des indices paléontologiques et géologiques, corrélés à l’échelle planétaire et tenant compte des paléolatitudes, révèlent une importante glaciation au Carbonifère-Permien. Par la modification du cycle géochimique du carbone qu’elles ont entraînée, l’altération de la chaîne hercynienne et la fossilisation importante de matière organique (grands gisements carbonés) sont tenues pour responsables de cette glaciation.
Comprendre les conséquences du réchauffement climatique et les possibilités d’actions
Un effort de recherche scientifique majeur est mené depuis quelques dizaines d’années pour élaborer un modèle robuste sur le changement climatique, ses causes et ses conséquences, et pour définir les actions qui peuvent être conduites pour y faire face.
En dehors des effets abiotiques, le réchauffement climatique a des impacts importants sur la biodiversité et la santé humaine :
par des effets directs sur les populations (effectifs, état sanitaire, répartition à la surface du globe) et sur leur évolution ;
par des effets indirects liés aux perturbations des écosystèmes naturels et agricoles (approvisionnement et régulation).
L’augmentation de la concentration en CO2 favorise la production de biomasse, mais des difficultés peuvent résulter de la faible disponibilité des terres agricoles suite à la désertification ou à la montée du niveau marin, à la diffusion de pathogènes, à l’évolution de la qualité des sols et des apports en eau).
Aux niveaux individuel et collectif, il convient de mener des recherches et d’entreprendre des actions :
en agissant par la réduction des émissions de gaz à effet de serre (les bénéfices et inconvénients de méthodes de stockage du carbone sont à l’étude) ;
en proposant des adaptations.
Il existe, dans différents pays, des plans d’action bâtis sur un consensus scientifique, dont l’objectif est de renforcer l’acquisition des connaissances, ainsi que l’évaluation éclairée et modulable des stratégies mises en place.
Terminale Enseignement Scientifique
3.3 L’évolution humaine
L’espèce humaine actuelle (Homo sapiens) fait partie du groupe des primates et est plus particulièrement apparentée aux grands singes avec lesquels elle partage des caractères morpho-anatomiques et des similitudes génétiques.
C’est avec le chimpanzé qu’elle partage le plus récent ancêtre commun.
Analyser des matrices de comparaison de caractères morpho-anatomiques résultant d’innovations évolutives afin d’établir des liens de parenté et de construire un arbre phylogénétique.
Mettre en relation la ressemblance génétique entre les espèces de primates et leur degré de parenté.
Des arguments scientifiques issus de l’analyse comparée de fossiles permettent de reconstituer l’histoire de nos origines.
L’étude de fossiles datés de 3 à 7 millions d’années montre des innovations caractéristiques de la lignée humaine (bipédie prolongée, forme de la mandibule).
Le genre Homo regroupe l’espèce humaine actuelle et des espèces fossiles qui se caractérisent notamment par le développement de la capacité crânienne. Plusieurs espèces humaines ont cohabité sur Terre.
Certains caractères sont transmis de manière non génétique : microbiote, comportements appris dont la langue, les habitudes alimentaires, l’utilisation d’outils…
