Programme de formation de l’école québécoise

Savoirs essentiels :: Science et Technologie, 2e cycle du secondaire


Terre et espace

En deuxième année du cycle, l’élève a l’occasion d’étudier les interactions entre les vivants et les éléments abiotiques qui surviennent au sein de la biosphère. À l’intérieur de certaines limites et en dehors des interventions humaines et des phénomènes climatiques exceptionnels, divers cycles biogéochimiques, comme ceux du carbone et de l’azote, confèrent à la biosphère un pouvoir de régulation qui assure la pérennité des écosystèmes.

Certains modèles de développement socioéconomique et les moyens mis en œuvre pour les appliquer affectent plus que jamais certains biomes. Dans le cadre des problématiques proposées, la connaissance des divers systèmes terrestres permet de mieux comprendre l’équilibre de la géosphère. Les concepts retenus relativement à l’espace sont abordés dans le cadre de la problématique de l’avenir énergétique.

Orientations Concepts prescrits
Terre

Cycles biogéochimiques

Un cycle biogéochimique décrit le processus naturel au cours duquel un élément chimique circule à l’état organique ou minéral, au sein de la biosphère. Le cycle du carbone est régulé par l’interaction entre les plaques continentales, l’atmosphère, les océans et les organismes vivants. Par la photosynthèse, les végétaux fixent le carbone sous des formes non volatiles, mais ce sont les roches carbonatées, précipitées ou construites par les êtres vivants qui constituent le plus grand réservoir de CO2. Bien que ce gaz soit libéré au cours d’éruptions volcaniques, les émissions anthropogéniques en modifient l’équilibre naturel. Certaines biotechnologies appliquées à l’environnement permettent d’accentuer le recyclage chimique du carbone.

Bien qu’abondant, l’azote atmosphérique peut être assimilé par les végétaux uniquement par l’action de certaines bactéries. Le métabolisme des organismes vivants, ou leurs cadavres, produisent des déchets qui ramènent l’azote à l’état minéral, et le cycle recommence. Des variations importantes du taux d’humidité, de la température ou du pH des sols affectent la régulation de ce cycle. Les végétaux constituent la seule source d’azote assimilable par les animaux, ce qui constitue une bonne raison de conserver la flore mondiale.

  • Cycles biogéochimiques
    • Cycle du carbone
    • Cycle de l’azote
Régions climatiques

La répartition des biomes est fonction de la latitude géographique et d’autres facteurs tels que l’altitude, la température et le type de sol. Leur composition varie d’un biome à l’autre, car les conditions d’habitat influent sur la distribution des espèces végétales ou animales.

Les biomes aquatiques sont à la base d’une imposante pyramide alimentaire ; leur état de santé revêt donc une grande importance pour les humains. Dans un biome terrestre, les végétaux adaptés conditionnent les espèces animales qui y vivent.

Tout déséquilibre causé par la destruction ou la contamination d’un habitat a des répercussions sur les écosystèmes et finalement sur un grand nombre d’activités humaines.

  • Facteurs influençant la distribution des biomes
  • Biomes aquatiques
  • Biomes terrestres
Lithosphère

Qu’il s’agisse de métaux, de minéraux industriels ou de matériaux de construction, la lithosphère renferme une grande variété de ressources minérales essentielles au développement des sociétés. L’exploitation et la transformation des minéraux ne sont cependant pas sans conséquence sur l’environnement. De plus, ces ressources sont présentes en quantités limitées, d’où l’intérêt croissant pour la revalorisation des matières résiduelles et du recyclage en général.

Les couches que l’on peut observer dans une coupe du sol, appelées horizons, diffèrent sur le plan de la structure et de la composition. L’étude du profil d’un sol permet de mieux comprendre la circulation des éléments chimiques dans le sol et de prévoir son évolution. En effet, l’humidité, le pH et la teneur en minéraux sont des facteurs qui régissent l’activité biologique des sols, essentielle à la nutrition des êtres vivants.

Les pergélisols sont sensibles aux changements climatiques en raison de l’instabilité des masses de glace souterraines qu’ils contiennent. Leur réchauffement peut engendrer des glissements de terrain et causer des dommages aux infrastructures, en plus d’altérer le paysage et les écosystèmes.

Les combustibles fossiles constituent des sources d’énergie épuisables, tout comme les minerais radioactifs exploités dans les centrales nucléaires. La recherche de nouvelles sources d’énergie et l’utilisation de ressources renouvelables constituent deux des préoccupations actuelles des sociétés.

  • Minéraux
  • Horizons du sol (profil)
  • Pergélisol
  • Ressources énergétiques
Hydrosphère

Un bassin versant est un territoire délimité par les lignes de crête (géomorphologie) entourant un réseau de cours d’eau, dans lequel s’écoulent les eaux souterraines et de ruissellement. L’ensemble des activités humaines menées sur un bassin donné peut perturber les écosystèmes, par exemple la création d’un réservoir en amont du barrage d’une centrale hydroélectrique.

Par leur capacité à absorber la chaleur, les océans jouent un rôle essentiel dans la régulation du climat en uniformisant la température globale de la planète. Deux types de courants marins sont interconnectés. Les courants de surface, générés par les vents, amènent une circulation horizontale à grande échelle. Les courants profonds, mis en mouvement par des différences de température ou de salinité, sont la cause d’une circulation verticale et en profondeur entre les différentes couches de l’océan. Ces courants verticaux sont très sensibles à des petites variations locales de température. L’élévation du niveau marin, due à la fonte accélérée des glaciers et des banquises, est par ailleurs préoccupante pour les populations côtières.

Qu’il s’agisse des courants marins ou des marées, le déplacement des masses d’eau implique de grandes quantités d’énergie. Les centrales marémotrices, notamment, tirent profit de la force des marées afin de produire de l’énergie électrique.

  • Bassin versant
  • Circulation océanique
  • Salinité
  • Glacier et banquise
  • Ressources énergétiques
Atmosphère

La Terre réfléchit vers l’espace une partie de la chaleur issue du rayonnement solaire. Certains gaz, présents dans l’atmosphère, absorbent cette chaleur et provoquent une élévation de la température : c’est l’effet de serre. Le dioxyde de carbone est actuellement le gaz à effet de serre le plus abondant. Sa proportion a augmenté au cours du dernier siècle en raison de l’exploitation des combustibles fossiles et de la fabrication du ciment. Le méthane et d’autres gaz contribuent aussi à l’augmentation de l’effet de serre.

Les différents types de masses d’air se distinguent notamment par leur température et leur taux d’humidité. Ces masses d’air se déplacent autour du globe au gré des vents, des mouvements de convection et de l’effet de la rotation de la Terre. Des systèmes de nuages naissent de la rencontre de masses d’air de caractéristiques différentes. Un cyclone est une large zone de nuages en rotation, de vents et d’orages au centre de laquelle règne une basse pression.

Les cyclones se forment au-dessus des mers tropicales chaudes et déversent d’abondantes précipitations, accompagnées de forts vents aux effets généralement dévastateurs. Les variations de pression que génèrent les cyclones et les anticyclones sont à l’origine de la circulation atmosphérique.

La force du vent offre aussi des avantages. Que ce soit pour se déplacer, effectuer un travail mécanique ou produire de l’énergie électrique, l’homme exploite l’énergie liée au vent au moyen de voiles et de pales dont les formes, les matériaux et les dimensions varient selon les besoins. L’énergie éolienne constitue une source d’énergie douce abondante.

  • Effet de serre
  • Circulation atmosphérique
  • Masse d’air
  • Cyclone et anticyclone
  • Ressources énergétiques
Espace

Espace

Le Soleil émet une quantité phénoménale d’énergie dans tous les domaines du spectre électromagnétique. Depuis longtemps, l’homme utilise la chaleur associée au rayonnement solaire pour répondre à ses besoins. Les capteurs photovoltaïques des panneaux solaires transforment l’énergie rayonnante en énergie électrique.

L’influence gravitationnelle de la Lune sur les masses d’eau présentes à la surface de la Terre est en grande partie à l’origine du phénomène des marées. La force engendrée par les mouvements de l’eau est exploitée dans les centrales marémotrices. Ces dernières s’ajoutent à la liste des moyens dont l’homme dispose pour répondre à ses besoins énergétiques.

  • Flux d’énergie émis par le Soleil
  • Système Terre-Lune (effet gravitationnel)
Repères culturels possibles

Histoire

Ressources du milieux

Interventions humaines

Événements

Nicolas Sténon

James Hutton

Henry Cavendish

Charles Lyell

Alfred Wegener

Commission géologique du Canada

Agence de l’efficacité énergétique

Ressources naturelles Canada

Consortium Ouranos

Organisation Greenpeace

Satellites d’observation

Systèmes de positionnement global

Sommets de la Terre

Protocole de Kyoto

Phénomènes

météorologiques