Objectifs notionnels

Seules les parties de programme concernant les sciences de la Terre sont détaillées.

Au collège

Classe de sixième

Caractéristiques de l’environnement proche et répartition des êtres vivants

  • On distingue dans notre environnement : des composantes minérales, divers organismes vivants et leurs restes, des manifestations de l’activité humaine.
  • Il existe des interactions entre les organismes vivants et les caractéristiques du milieu, par exemple, la présence d’un sol, la présence d’eau, l’exposition, l’heure du jour.

Le peuplement d’un milieu

  • L’influence de l’Homme peut être : directe sur le peuplement (déboisement, ensemencement, chasse, utilisation de pesticides…) ; indirecte sur le peuplement (accumulation de déchets, aménagement du territoire, modifications topographiques).

Origine de la matière des êtres vivants

  • Le sol est composé : de micro-organismes et restes d’organismes vivants, de matière minérale provenant de la transformation des restes d’organismes vivants et des roches du sous-sol.

Classe de cinquième

Géologie externe : évolution des paysages

  • Les roches, constituant le sous-sol, subissent à la surface de la Terre une érosion dont l’eau est le principal agent.
  • Les roches résistent plus ou moins à l’action de l’eau.
  • Le modelé actuel du paysage résulte de l’action de l’eau sur les roches, du transport des particules et de leur accumulation et de leur accumulation sur place.
  • La sédimentation correspond essentiellement au dépôt de particules issues de l’érosion.
  • Les sédiments sont à l’origine des roches sédimentaires.
  • Les roches sédimentaires peuvent contenir des fossiles : traces ou restes d’organismes ayant vécu dans le passé.
  • Les observations faites dans les milieux actuels, transposées aux phénomènes du passé, permettent de reconstituer certains éléments des paysages anciens
  • Les roches sédimentaires sont donc des archives des paysages anciens.
  • L’action de l’Homme, dans son environnement géologique, influe sur l’évolution des paysages.
  • L’Homme prélève dans son environnement géologique les matériaux qui lui sont nécessaires et prend en compte les conséquences de son action sur le paysage.
  • L’Homme peut prévenir certaines catastrophes naturelles en limitant l’érosion.

Classe de quatrième

Activité interne du globe terrestre

  • Les séismes correspondent à des vibrations brutales du sol qui se propagent. Ils résultent d’une rupture des roches en profondeur provoquent des déformations à la surface de la Terre.
  • Des contraintes s’exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d’énergie qui finit par provoquer leur rupture. Le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture. À partir du foyer, la déformation se propage sous forme d’ondes sismiques.
  • Les séismes sont particulièrement fréquents dans certaines zones de la surface terrestre. Ils se produisent surtout dans les chaînes de montagnes, près des fosses océaniques et aussi le long de l’axe des dorsales.
  • Le volcanisme est l’arrivée en surface de magma et se manifeste par deux grands types d’éruptions. Les manifestations volcaniques sont des émissions de lave et de gaz. Les matériaux émis constituent l’édifice volcanique. L’arrivée en surface de certains magmas donne naissance à des coulées de laves, l’arrivée d’autres magmas est caractérisée par des explosions projetant des matériaux.
  • Les magmas sont contenus dans des réservoirs magmatiques localisés, à plusieurs kilomètres de profondeur.
  • Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard à la surface du globe. Les volcans actifs sont alignés en majorité en bordure de continent, dans des arcs insulaires, le long de grandes cassures et des dorsales océaniques. Quelques volcans actifs sont isolés.
  • La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l’asthénosphère qui l’est moins. La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter une douzaine de plaques. Les plaques sont mobiles les unes par rapport aux autres et leurs mouvements transforment la surface du globe.
  • À raison de quelques centimètres par an, les plaques s’écartent et se forment dans l’axe des dorsales. Elles se rapprochent et s’enfouissent au niveau des fosses océaniques. La collision des continents engendre des déformations et aboutit à la formation de chaînes de montagnes.*
  • Les aléas sismiques et volcaniques dus à l’activité de la planète engendrent des risques pour l’Homme. Les principales zones à risque sismique et/ou volcanique sont bien identifiées.
  • L’Homme réagit face aux risques en réalisant : une prévision des éruptions volcaniques efficace fondée sur la surveillance et la connaissance du fonctionnement de chaque volcan et par l’information et l’éducation des populations ; une prévention sismique basée sur l’information et l’éducation des populations (zones à risques à éviter, constructions parasismiques, conduites à tenir avant, pendant et après les séismes). La prévision à court terme des séismes est impossible actuellement. Des plans d’aménagement du territoire tenant compte de ces risques sont mis en place ainsi que des plans de secours et des plans d’évacuation des populations.

Classe de troisième

Évolution des êtres vivants et histoire de la Terre

  • Les roches sédimentaires, archives géologiques, montrent que, depuis plus de trois milliards d’années, des groupes d’organismes vivants sont apparus, se sont développés, ont régressé, et ont pu disparaître. Les espèces qui constituent ces groupes, apparaissent et disparaissent au cours des temps géologiques. Leur comparaison conduit à imaginer entre elles une parenté, qui s’explique par l’évolution. Au cours des temps géologiques, de grandes crises de la biodiversité ont marqué l’évolution ; à des extinctions en masse succèdent des périodes de diversification.
  • La cellule, unité du vivant, et l’universalité du support de l’information génétique dans tous les organismes, Homme compris, indiquent sans ambiguïté une origine primordiale commune.
  • Une espèce nouvelle présente des caractères ancestraux et aussi des caractères nouveaux par rapport à une espèce antérieure dont elle serait issue.
  • L’Homme, en tant qu’espèce, est apparu sur la Terre en s’inscrivant dans le processus de l’évolution. L’apparition de caractères nouveaux au cours des générations suggère des modifications de l’information génétique : ce sont les mutations.
  • Des événements géologiques ont affecté la surface de la Terre depuis son origine en modifiant les milieux et les conditions de vie ; ces modifications de l’environnement sont à l’origine de la sélection de formes adaptées.
  • La succession des formes vivantes et des transformations géologiques ayant affecté la surface de la Terre depuis son origine, est utilisée pour subdiviser les temps géologiques en ères et en périodes de durée variable.

Responsabilité humaine en matière de santé et d’environnement

  • Les pollutions des milieux naturels que sont l’air ou l’eau sont le plus souvent dues aux activités industrielles et agricoles ainsi qu’aux transports. Des données statistiques actuelles permettent d’établir un lien entre l’apparition ou l’aggravation de certaines maladies et la pollution de l’atmosphère ou de l’eau.  Dans la plupart des cas, la mise en évidence d’une relation de causalité se heurte à deux difficultés : l’absence de spécificité des maladies repérées et la faible concentration ou le caractère diffus des expositions. L’adoption de comportements responsables, le développement d’une agriculture et d’une industrie raisonnées et de nouvelles technologies sont nécessaires afin d’associer le développement économique, la prise en compte de l’environnement et la santé publique.
  • L’Homme, par les besoins de production nécessaire à son alimentation, influence la biodiversité planétaire et l’équilibre entre les espèces. Des actions directes et indirectes permettent d’agir sur la biodiversité; en fonction des enjeux.
  • Les énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) extraites du sous sol, stockées en quantité finie et non renouvelable à l’échelle humaine, sont comparées aux énergies renouvelables notamment solaire, éolienne, hydraulique. Les impacts de ces différentes sources d’énergie sur l’émission des gaz à effet de serre sont comparés.

Au lycée

Classe de Seconde

La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée

L’histoire de la Terre s’inscrit dans celle de l’Univers. Le développement de la vie sur Terre est lié à des particularités de la planète. La vie émerge de la nature inerte. Les êtres vivants possèdent une organisation et un fonctionnement propres. Leurs formes montrent une diversité immense, variable dans le temps, au gré de l’évolution.

Les conditions de la vie : une particularité de la Terre ?

La Terre est une planète rocheuse du système solaire. Les conditions physico-chimiques qui y règnent permettent l’existence d’eau liquide et d’une atmosphère compatible avec la vie.
Ces particularités sont liées à la taille de la Terre et à sa position dans le système solaire.
Ces conditions peuvent exister sur d’autres planètes qui posséderaient des caractéristiques voisines sans pour autant que la présence de vie y soit certaine.

La nature du vivant

Les êtres vivants sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les diverses molécules constitutives des êtres vivants.
Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en eau.
L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté.

La biodiversité, résultat et étape de l’évolution

La biodiversité est à la fois la diversité des écosystèmes, la diversité des espèces et la diversité génétique au sein des espèces.
L’état actuel de la biodiversité correspond à une étape de l’histoire du monde vivant : les espèces actuelles représentent une infime partie du total des espèces ayant existé depuis les débuts de la vie.
La biodiversité se modifie au cours du temps sous l’effet de nombreux facteurs, dont l’activité humaine.

Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol

L’Homme a besoin de matière et d’énergie. La croissance démographique place l’humanité face à un enjeu majeur : trouver et exploiter des ressources (énergie, sol) tout en gérant le patrimoine naturel.

Le soleil : une source d’énergie essentielle

La lumière solaire permet, dans les parties chlorophylliennes des végétaux, la synthèse de matière organique à partir d’eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone.
Ce processus permet, à l’échelle de la planète, l’entrée de matière minérale et d’énergie dans la biosphère.
La présence de restes organiques dans les combustibles fossiles montre qu’ils sont issus d’une biomasse.
Dans des environnements de haute productivité, une faible proportion de la matière organique échappe à l’action des décomposeurs puis se transforme en combustible fossile au cours de son enfouissement. La répartition des gisements de combustibles fossiles montre que transformation et conservation de la matière organique se déroulent dans des circonstances géologiques bien particulières.
La connaissance de ces mécanismes permet de découvrir les gisements et de les exploiter par des méthodes adaptées. Cette exploitation a des implications économiques et environnementales.
L’utilisation de combustible fossile restitue rapidement à l’atmosphère du dioxyde de carbone prélevé lentement et piégé depuis longtemps. Brûler un combustible fossile, c’est en réalité utiliser une énergie solaire du passé. L’augmentation rapide, d’origine humaine de la concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère interfère avec le cycle naturel du carbone.
L’énergie solaire est inégalement reçue à la surface de la planète.
La photosynthèse en utilise moins de 1%. Le reste chauffe l’air (par l’intermédiaire du sol) et l’eau (ce qui est à l’origine des vents et courants) et évapore l’eau (ce qui permet le cycle de l’eau).
Utiliser l’énergie des vents, des courants marins, des barrages hydroélectriques, revient à utiliser indirectement de l’énergie solaire. Ces ressources énergétiques sont rapidement renouvelables. La comparaison de l’énergie reçue par la planète et des besoins humains en énergie permet de discuter de la place actuelle ou future de ces différentes formes d’énergie d’origine solaire.

Le sol : un patrimoine durable ?

Pour satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité, l’Homme utilise à son profit la photosynthèse.
L’agriculture a besoin pour cela de sols cultivables et d’eau : deux ressources très inégalement réparties à la surface de la planète, fragiles et disponibles en quantités limitées. Elle entre en concurrence avec la biodiversité naturelle.
La biomasse végétale produite par l’agriculture est une source de nourriture mais aussi une source de combustibles ou d’agrocarburants. Ces deux productions entrent en concurrence.
Un sol résulte d’une longue interaction entre les roches et la biosphère, conditionnée par la présence d’eau et la température. Le sol est lent à se former, inégalement réparti à la surface de la planète, facilement dégradé et souvent détourné de sa fonction biologique. Sa gestion est un enjeu majeur pour l’humanité.

Classe de Première S

La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant – La tectonique des plaques : l’histoire d’un modèle

La naissance de l’idée

Au début du XXème siècle, les premières idées évoquant la mobilité horizontale s’appuient sur quelques constatations : la distribution bimodale des altitudes (continents/océans), les tracés des côtes, la distribution géographique des paléoclimats et de certains fossiles.
Ces idées se heurtent au constat d’un état solide de la quasi-totalité du globe terrestre établi, à la même époque, par les études sismiques. L’idée de mobilité horizontale est rejetée par l’ensemble de la communauté scientifique.

L’interprétation actuelle des différences d’altitude moyennes entre les continents et les océans

La différence d’altitude observée entre continents et océans reflète un contraste géologique.
Les études sismiques et pétrographiques permettent de caractériser et de limiter deux grands types de croûtes terrestres : une croûte océanique essentiellement formée de basalte et de gabbro et une croûte continentale constituée entre autres de granite.
La croûte repose sur le manteau, constitué de péridotite.

L’hypothèse d’une expansion océanique et sa confrontation à des constats nouveaux

Au début des années 1960, les découvertes de la topographie océanique et des variations du flux thermique permettent d’imaginer une expansion océanique par accrétion de matériau remontant à l’axe des dorsales, conséquence d’une convection profonde.
La mise en évidence de bandes d’anomalies magnétiques symétriques par rapport à l’axe des dorsales océaniques, corrélables avec les phénomènes d’inversion des pôles magnétiques (connus depuis le début du siècle), permet d’éprouver cette hypothèse et de calculer des vitesses d’expansion.

Le concept de lithosphère et d’asthénosphère

Au voisinage des fosses océaniques, la distribution spatiale des foyers des séismes en fonction de leur profondeur s’établit selon un plan incliné.
Les différences de vitesse des ondes sismiques qui se propagent le long de ce plan, par rapport à celles qui s’en écartent, permettent de distinguer : la lithosphère de l’asthénosphère.
L’interprétation de ces données sismiques permet ainsi de montrer que la lithosphère s’enfonce dans le manteau au niveau des fosses dites de subduction.
La limite inférieure de la lithosphère correspond généralement à l’isotherme 1300°C.

Un premier modèle global : une lithosphère découpée en plaques rigides

À la fin des années soixante, la géométrie des failles transformantes océaniques permet de proposer un modèle en plaques rigides. Des travaux complémentaires parachèvent l’établissement de la théorie de la tectonique des plaques en montrant que les mouvements divergents (dorsales), décrochants (failles transformantes) et convergents (zones de subduction) sont cohérents avec ce modèle géométrique.
Des alignements volcaniques, situés en domaine océanique ou continental, dont la position ne correspond pas à des frontières de plaques, sont la trace du déplacement de plaques lithosphériques au dessus d’un point chaud fixe, en première approximation, dans le manteau.

Le renforcement du modèle par son efficacité prédictive

Le modèle prévoit que la croûte océanique est d’autant plus vieille qu’on s’éloigne de la dorsale. Les âges des sédiments en contact avec le plancher océanique (programme de forage sous-marins JOIDES) confirment cette prédiction et les vitesses prévues par le modèle de la tectonique des plaques.
Le modèle prévoit des vitesses de déplacements des plaques (d’après le paléomagnétisme et les alignements de volcans intraplaques). Avec l’utilisation des techniques de positionnement par satellites (GPS), à la fin du XXème siècle, les mouvements des plaques deviennent directement observables et leurs vitesses sont confirmées.
Enjeux planétaires contemporains – Tectonique des plaques et géologie appliquée

Tectonique des plaques et recherche d’hydrocarbures

Le choix est fait de s’intéresser à un champ pétrolifère ou gazier situé dans un bassin de marge passive pour comprendre les principaux facteurs qui conditionnent la formation des gisements. En s’appuyant éventuellement sur ce qui aura été étudié en seconde, il s’agit d’expliciter le constat fait alors : les gisements d’hydrocarbures sont rares et précisément localisés.
Le modèle de la tectonique des plaques constitue un cadre intellectuel utile pour rechercher des gisements pétroliers.
À partir de l’étude d’un exemple on montre que la tectonique globale peut rendre compte :
–  d’un positionnement géographique du bassin favorable au dépôt d’une matière organique abondante et à sa conservation ;
–  d’une tectonique en cours de dépôt (subsidence) et après le dépôt qui permettent l’enfouissement et la transformation de la transformation de la matière organique puis la mise en place du gisement.
La rare coïncidence de toutes ces conditions nécessaires explique la rareté des gisements dans l’espace et le temps.

Tectonique des plaques et ressource locale

Un exemple de ressource géologique est choisi dans un contexte proche de l’établissement scolaire. Son étude (nature, gisement) permet de comprendre que ses conditions d’existence peuvent être décrites en utilisant le cadre général de la tectonique des plaques.

Classe de Terminale S

La Terre dans l’Univers, la vie, l’évolution du vivant – Génétique et évolution

Un regard sur l’évolution de l’Homme

D’un point de vue génétique, l’Homme et le chimpanzé, très proches, se distinguent surtout par la position et la chronologie d’expression de certains gènes. Le phénotype humain, comme celui des grands singes proches, s’acquiert au cours du développement pré et postnatal, sous l’effet de l’interaction entre l’expression de l’information génétique et l’environnement (dont la relation aux autres individus).
Les premiers primates fossiles datent de – 65 à -50 millions d’années. Ils sont variés et ne sont identiques ni à l’Homme actuel, ni aux autres singes actuels. La diversité des grands primates connue par les fossiles, qui a été grande, est aujourd’hui réduite.
Homme et chimpanzé partagent un ancêtre commun récent. Aucun fossile ne peut être à coup sûr considéré comme un ancêtre de l’homme ou du chimpanzé.
Le genre Homo regroupe l’Homme actuel et quelques fossiles qui se caractérisent notamment par une face réduite, un dimorphisme sexuel peu marqué sur le squelette, un style de bipédie avec trou occipital avancé et aptitude à la course à pied, une mandibule parabolique, etc. Production d’outils complexes et variété des pratiques culturelles sont associées au genre Homo, mais de façon non exclusive. La construction précise de l’arbre phylogénétique du genre Homo est controversée dans le détail.

Le domaine continental et sa dynamique

La caractérisation du domaine continental : lithosphère continentale, reliefs et épaisseur crustale

La lithosphère est en équilibre (isostasie) sur l’asthénosphère. Les différences d’altitude moyenne entre les continents et les océans s’expliquent par des différences crustales.
La croûte continentale, principalement formée de roches voisines du granite, est d’une épaisseur plus grande et d’une densité plus faible que la croûte océanique.
L’âge de la croûte océanique n’excède pas 200 Ma, alors que la croûte continentale date par endroit de plus de 4 Ga. Cet âge est déterminé par radiochronologie.
Au relief positif qu’est la chaîne de montagnes, répond, en profondeur, une importante racine crustale.
L’épaisseur de la croûte résulte d’un épaississement lié à un raccourcissement et un empilement. On en trouve des indices tectoniques (plis, failles, nappes) et des indices pétrographiques (métamorphisme, traces de fusion partielle).
Les résultats conjugués des études tectoniques et minéralogiques permettent de reconstituer un scénario de l’histoire de la chaîne.

La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes

Les chaînes de montagnes présentent souvent les traces d’un domaine océanique disparu (ophiolites) et d’anciennes marges continentales passives. La « suture » de matériaux océaniques résulte de l’affrontement de deux lithosphères continentales (collision). Tandis que l’essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s’épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.
Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d’une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction. La différence de densité entre l’asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s’épaissit. L’augmentation de sa densité au-delà d’un seuil d’équilibre explique son plongement dans l’asthénosphère. En surface, son âge n’excède pas 200 Ma.

Le magmatisme en zone de subduction : une production de nouveaux matériaux continentaux

Dans les zones de subduction, des volcans émettent des laves souvent visqueuses associées à des gaz et leurs éruptions sont fréquemment explosives. La déshydratation des matériaux de la croûte océanique subduite libère de l’eau qu’elle a emmagasinée au cours de son histoire, ce qui provoque la fusion partielle des péridotites du manteau sus-jacent.
Si une fraction des magmas arrive en surface (volcanisme), la plus grande partie cristallise en profondeur et donne des roches à structure grenue de type granitoïde. Un magma, d’origine mantellique, aboutit ainsi à la création de nouveau matériau continental.

La disparition des reliefs

Les chaînes de montagnes anciennes ont des reliefs moins élevés que les plus récentes. On y observe à l’affleurement une plus forte proportion de matériaux transformés et/ou formés en profondeur. Les parties superficielles des reliefs tendent à disparaître.
Altération et érosion contribuent à l’effacement des reliefs. Les produits de démantèlement sont transportés sous forme solide ou soluble, le plus souvent par l’eau, jusqu’en des lieux plus ou moins éloignés où ils se déposent (sédimentation).
Des phénomènes tectoniques participent aussi à la disparition des reliefs. L’ensemble de ces phénomènes débute dès la naissance du relief et constitue un vaste recyclage de la croûte continentale.

Enjeux planétaires contemporains : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique). Gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.
Le flux thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches.
Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la conduction. Le transfert par convection est beaucoup plus efficace.
À l’échelle globale, le flux fort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle ; au contraire, les zones de subduction présentent un flux faible associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense. La Terre est une machine thermique.
L’énergie géothermique utilisable par l’Homme est variable d’un endroit à l’autre.
Le prélèvement éventuel d’énergie par l’Homme ne représente qu’une infime partie de ce qui est dissipé.

Classe de Terminale S spécialité SVT

Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l’avenir

Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont le siège d’une dynamique liée notamment à l’énergie reçue du Soleil. Elles sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère. Le climat, à l’échelle globale ou locale, est à la fois le résultat de ces interactions et la condition de leur déroulement. La compréhension, au moins partielle, de cette complexité permet d’envisager une gestion raisonnée de l’influence de l’Homme. Sans chercher l’exhaustivité, l’objectif de ce thème est d’aborder quelques aspects de la relation entre histoire des enveloppes fluides de la Terre et histoire du climat.

–   L’atmosphère initiale de la Terre était différente de l’atmosphère actuelle. Sa transformation est la conséquence, notamment, du développement de la vie. L’histoire de cette transformation se trouve inscrite dans les roches, en particulier celles qui sont sédimentaires.
–   Les bulles d’air contenues dans les glaces permettent d’étudier la composition de l’air durant les 800.000 dernières années y compris des polluants d’origine humaine. La composition isotopique des glaces et d’autres indices (par exemple la palynologie) permettent de retracer les évolutions climatiques de cette période.
–   L’effet de serre, déterminé notamment par la composition atmosphérique, est un facteur influençant le climat global. La modélisation de la relation effet de serre/climat est complexe. Elle permet de proposer des hypothèses d’évolutions possibles du climat de la planète notamment en fonction des émissions de gaz à effet de serre induites par l’activité humaine.
–   Sur les grandes durées (par exemple pendant le dernier milliard d’années), les traces de variations climatiques importantes sont enregistrées dans les roches sédimentaires. Des conditions climatiques très éloignées de celles de l’époque actuelle ont existé.

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