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Programme d'enseignement scientifique

Lien vers le programme d'enseignement scientifique de la classe de première de la voie générale publié au Journal Officiel du 23 janvier 2019

Une sélection de ressources du site CultureSciences-Physique pour le programme d'Enseignement scientifique de la classe de première :

1. Une longue histoire de la matière

L’immense diversité de la matière dans l’Univers se décrit à partir d’un petit nombre de particules élémentaires qui se sont organisées de façon hiérarchisée, en unités de plus en plus complexes, depuis le Big Bang jusqu’au développement de la vie.

1.1 Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Comment, à partir du seul élément hydrogène, la diversité des éléments chimiques est-elle apparue ? Aborder cette question nécessite de s’intéresser aux noyaux atomiques et à leurs transformations. Cela fournit l’occasion d’introduire un modèle mathématique d’évolution discrète.

- De l'origine de la lumière à la lumière des origines : l'aventure du boson de Higgs, une conférence de Yves Sirois, 2015.

- Série de 5 articles consécutifs sur Les particules élémentaires et les forces entre elles : bref état de nos connaissances actuelles (2016), de Bernard Ille, 2016.

- Le modèle standard et au-delà : voyage au coeur de la matière, une conférence de Christophe Grosjean, 2012.

- Une video du CNRS sur Formation de l'univers : le grand calcul , (9 min13).

Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO CultureSciences Chimie.

1.2 Des édifices ordonnés : les cristaux

L’organisation moléculaire étant déjà connue, ce thème aborde une autre forme d’organisation de la matière : l’état cristallin (qui revêt une importance majeure, tant pour la connaissance de la nature - minéraux et roches, squelettes, etc. - que pour ses applications techniques). La compréhension de cette organisation au travers des exemples choisis mobilise des connaissances sur la géométrie du cube. Elle fournit l’occasion de développer des compétences de représentation dans l’espace et de calculs de volumes.

- La cristallographie : application à l'étude de la Terre, un article de Alfonso San Miguel , 2014.

- Cristallographie de l'extrême : un voyage au coeur des planètes et dans les matériaux pour les nouvelles technologies, une conférence de Alfonso San Miguel , 2014.

- La cristallographie : de la Nature au nanomonde et ses résonances artistiques, une conférence de Gérard Férey , 2014.

- Le verre : découvertes, inventions, innovations, une conférence de Didier Roux , 2019.

- La découverte des quasicristaux : d'un paradoxe au prix Nobel, une conférence de Denis Gratias, 2014.

- Cristal et Naissance de la Biologie Moléculaire, une conférence de Giuseppe Zaccai , 2014.

- Animation Cristallographie et réseau réciproque, réalisée par Toutestquantique.

- Une video du CNRS sur Le cristal, un solide à facettes , (2 min25).

- Une page de ressources sur le site du CNRS sur 2014 : Année internationale de la cristallographie.

Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO CultureSciences Chimie.

1.3 Une structure complexe : la cellule vivante

Dans le monde, la matière s’organise en structure d’ordre supérieur à l’échelle moléculaire. Un exemple est ici proposé : la structure cellulaire

- Un quizz sur les ordres de grandeur : les petites échelles, par Delphine Chareyron, 2015.

- Les outils pour observer le nanomonde, un article de Antoine Bérut et David Lopes Cardoso, 2014.

- À la découverte des nanosciences en 3 questions à Pascale Chenevier, un article de Pascale Chenevier, 2013.

- Lien vers un dossier du CEA sur Les microscopes.

- Lien vers une vidéo du CNRS sur I2TEM, plus qu’un microscope.

Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Vie.

2. Le soleil, notre source d'énergie

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du Soleil. Cette énergie conditionne la température de surface de la Terre et détermine climats et saisons. Elle permet la photosynthèse des végétaux et se transmet par la nutrition à d’autres êtres vivants.

2.1 Le rayonnement solaire - 2.2 Le bilan radiatif terrestre

Le soleil transmet à la Terre de l'énergie par rayonnement. La Terre reçoit le rayonnement solaire et émet elle-même un rayonnement. Le bilan conditionne le milieu de vie. La compréhension de cet équilibre en classe de première permettra d’aborder sa perturbation par l’humanité en terminale.

- Le Soleil et ses neutrinos, un article de Gabrielle Bonnet, 2004.

- Mémento sur l'énergie (partie 2) : L'énergie solaire, un article de Marie-Christine Artru, 2015.

- Mémento sur l'énergie (partie 3) : Données sur l'énergie au niveau mondial, un article de Marie-Christine Artru, 2015.

- Du soleil à l'assiette, une conférence de Michel Combarnous, 2012.

- Dynamique et thermodynamique du climat, une conférence de Didier Paillard, 2012.

- Héliophysique, une conférence de Sylvaine Turck-Chièze, 2012.

- Estimation de la température d'une planète à l'aide de la loi de rayonnement du corps noir, un article de Gabrielle Bonnet, 2002.

2.3 Une conversion biologique de l'énergie solaire : la photosynthèse - Le bilan thermique du corps humain

L’utilisation par la photosynthèse d’une infime partie de l’énergie solaire reçue par la planète fournit l’énergie nécessaire à l’ensemble des êtres vivants (à l’exception de certains milieux très spécifiques non évoqués dans ce programme).

- Photosynthèse naturelle, une conférence de Fabrice Rappaport, 2012.

- Photosynthèse artificielle : approche moléculaire bio-inspirée, une conférence de Leibl Winfried, 2012.

- Le processus photosynthétique, une conférence de Pierre Joliot, 2015.

- Sociétés non humaines : champignons et énergie, une conférence de Philippe Silar, 2012.

Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Vie.

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.

3.1 La forme de la Terre

L’environnement « plat » à notre échelle de perception cache la forme réelle de la Terre, dont la compréhension résulte d’une longue réflexion. Au-delà de la dimension historique et culturelle, la mise en œuvre de différentes méthodes de calcul de longueurs à la surface de la Terre permet de développer des compétences mathématiques de calcul et de représentation et invite à exercer un esprit critique sur les différents résultats obtenus, les approximations réalisées et les limites d’un modèle.

- La Terre est ronde ! Ératosthène et la mesure du rayon terrestre, un article de Hugues Chabot et Cyril Langlois, 2018.

- Les mesures de méridien vont-elles confirmer la théorie de Newton ?, un article de Hugues Chabot et Yves Gomas, 2018.

- La Terre ellipsoïde ? Les mesures de la gravité au XVIIIe siècle, un article de Hugues Chabot et Cyril Langlois, 2018.

- Clairaut et sa bande, l'expédition de Clairaut et Maupertuis en Laponie, un article de Hugues Chabot et Yves Gomas, 2018.

- La Terre tourne... Le gyroscope de Foucault, un article de Hugues Chabot et Yves Gomas, 2018..

Pour les notions de sciences de la Terre, vous pouvez consulter les ressources, proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Terre.

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.

Pour les notions de sciences de la Terre, vous pouvez consulter les ressources, proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Terre.

3.3 La Terre dans l'Univers

Le mouvement de la Terre dans l’Univers a été l’objet de célèbres et violentes controverses. L’étude de quelques aspects de ces débats permet de comprendre la difficulté de la construction du savoir scientifique.

- La structure du Monde - Du cosmos des mythologies au géocentrisme (1/3), un article de Vincent Deparis, 2017.

- La structure du Monde - Du géocentrisme à l'héliocentrisme (2/3), un article de Vincent Deparis, 2017.

- La structure du Monde - La nouvelle astronomie (3/3), un article de Vincent Deparis, 2017.

- La Lune : mouvements et éclipses, un article de Gabrielle Bonnet, 2003.

- Quelle est la forme de la trajectoire de la Lune dans le référentiel héliocentrique ?, un article de Delphine Chareyron, Nicolas Taberlet et Charles-Henri Eyraud, 2015.

- Animation : les phases de la Lune, un article de Gabrielle Bonnet, 2003.

Pour les notions de sciences de la Terre, vous pouvez consulter les ressources, proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Terre.

4. Son et musique, porteurs d'information

L’être humain perçoit le monde à l’aide de signaux dont certains sont de nature sonore. De l’Antiquité jusqu’à nos jours, il a combiné les sons de manière harmonieuse pour en faire un art, la musique, qui entretient des liens privilégiés avec les mathématiques. L’informatique permet aujourd’hui de numériser les sons et la musique. La compréhension des mécanismes auditifs s’inscrit dans une perspective d’éducation à la santé.

4.1 Le son, phénomène vibratoire

La banalité du son dans l’environnement cache une réalité physique précise.

- Différentes sortes de décibels, un article de Gabrielle Bonnet, 2005.

- Représentation spectrale d'un signal, un article de Valérie Vidal, 2013.

- La physique animée : Représentation spectrale, une vidéo de Olivier Granier, Delphine Chareyron et Nicolas Taberlet, 2016.

4.2 La musique ou l'art de faire entendre les nombres

Comment l’analyse mathématique du phénomène vibratoire du son aboutit-elle à une production artistique ? La musique et les mathématiques sont deux langages universels. Les Grecs anciens les ont dotés d’une origine commune puisque la théorie pythagoricienne des proportions avait pour but de percer les secrets de l’harmonie musicale. Depuis, les évolutions de la musique et des mathématiques se sont enrichies mutuellement.

4.3 Le son, une information à coder

Le son, vibration de l’air, peut être enregistré sur un support informatique. Les techniques numériques ont mis en évidence un nouveau type de relations entre les sciences et les sons, le processus de numérisation dérivant lui-même de théories mathématiques et informatiques.

- Numérisation d'un signal acoustique : effet de la quantification (partie 1), un article de Delphine Chareyron, 2013.

- Numérisation d'un signal acoustique : effet de la fréquence d'échantillonnage (partie 2), un article de Delphine Chareyron, 2013.

- De l'intérêt de passer dans le monde numérique, un article de Mathilde Glénat et Delphine Chareyron, 2012.

- Principe du passage de l'analogique au numérique, un article de Mathilde Glénat et Delphine Chareyron, 2012.

- Comment convertir un signal analogique en signal numérique au laboratoire, un article de Mathilde Glénat et Delphine Chareyron, 2012.

- La physique animée - Conversion analogique-numérique : l'échantillonnage temporel, une vidéo de Olivier Granier, Delphine Chareyron et Nicolas Tabrelet, 2016.

- La physique animée - Conversion analogique-numérique : la quantification, une vidéo de Olivier Granier, Delphine Chareyron et Nicolas Tabrelet, 2016.

- Less is more : représentations parcimonieuses des sons musicaux, une conférence de Laurent Daudet, 2009.

- Extrait de la conférence « De l'acoustique à la perception : la psychoacoustique » sur Le codage MP3, de Nicolas Grimault, 2014.

4.4 Entendre la musique

L’air qui vibre n’est musique que parce que notre oreille l’entend et que notre cerveau la perçoit comme telle. Mais l’excès de sons, même s’il est musical, est une forme de perturbation de l’environnement.

- Audition humaine, un article de Gabrielle Bonnet, 2005.

Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Vie.