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Ressources pour le programme de l'Enseignement Scientifique de Terminale

Le programme d'Enseignement Scientifique de la classe de Terminale en vigueur à la rentrée 2020 est sorti au BO du 25 juillet 2019, https://www.education.gouv.fr/bo/19/Special8/MENE1921241A.htm

Accédez à la page correspondant au programme de Terminale sur le site Eduscol.

Pour cet enseignement, on trouvera des ressources utiles pour la chimie sur le site CultureSciences Chimie, les thématiques “sciences de la vie” sur le site Planet-Vie et des ressources de géologie sur la page de programme dédiée de Planet-Terre.

1. Science, climat et société

L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques. Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine modifie de manière significative la composition atmosphérique. Ces modifications affectent l’équilibre dynamique des enveloppes fluides de la Terre. Les conséquences de l’activité humaine sur la composition atmosphérique, celles qui sont déjà observées et celles qui sont prévisibles, sont multiples et importantes, tant pour l’humanité que pour les écosystèmes. Les choix raisonnés des individus et des sociétés dans ce domaine s’appuient sur les apports des sciences et des technologies.

Histoire, enjeux et débats : Les enjeux du réchauffement climatique global - Les acteurs des analyses climatiques : recherche et programmes mondiaux (Organisation Météorologique Mondiale, modèles climatiques) ; coordination (Nations-Unies) ; évaluation (Groupe Intergouvernemental pour l’Étude du Climat) - Un enjeu mondial : l’océan - Les ressources et les utilisations de l’énergie dans le monde - Le trou dans la couche d’ozone : de sa découverte à des prises de décisions mondiales.

1.1 L’atmosphère terrestre et la vie

Depuis l’époque de sa formation, quasi concomitante avec celle du Soleil et des autres planètes du système solaire, la Terre a connu une évolution spécifique de sa surface et de la composition de son atmosphère. Sa température de surface permet l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère. Aux facteurs physiques et géologiques (activité solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes. Un fragile équilibre est atteint, qui permet la vie et la maintient.

- Rétroactions entre le climat et le cycle du carbone, une conférence de Laurent Bopp, 2019.

- Le changement climatique : synthèse des connaissances actuelles, une conférence de Roland Séférian, 2019.

- Objets nanométriques aux impacts planétaires : Les particules sont dans l'air… , une conférence de Christian George, 2018.

- Le moment angulaire de l'atmosphère, une conférence de François Lott, 2008.

- Physique du climat et sa modélisation, une conférence de Christophe Cassou, 2008.

- Les observations au XXème siècle : Conclusions du GIEC, une conférence de Christophe Cassou, 2008.

- Les résultats du bilan 2007 du GIEC : bases physiques, projections, une conférence de Pascale Delecluse, 2007.

- Changements climatiques en France et en Europe, une conférence de Samuel Somot, 2007.

- Qu'est-ce qu'un modèle numérique de climat ? Introduction à EdGCM, une conférence de Christophe Cassou et Sophie Ricci, 2007.

- Détermination de la température des étoiles chaudes, un article de Mari-Christine Artru, 2008.

- Deux raies infrarouges : indice de dégagement de méthane sur la planète Mars, un article de Mari-Christine Artru, 2009.

- Les évolutions passées du climat : ce que nous apprennent les carottes de glace, une conférence de Xavier Faïn, 2020.

- Vapeur d'eau à la surface de la Terre et des planètes : distinction entre ébullition et évaporation, un article de Olivier Dequincey, 2014, sur le site Planet-Terre.

Pour les notions de géologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Planet-Terre.

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

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

1.2 La complexité du système climatique

Le système climatique et son évolution dans le temps résultent de plusieurs facteurs naturels et d’interactions entre océans, atmosphère, biosphère, lithosphère et cryosphère. Il est nécessaire de prendre en compte ces interactions à différentes échelles spatiales et temporelles (de l’année au million d’années voire davantage). Le système climatique présente une variabilité spontanée et réagit aux perturbations de son bilan d’énergie par des mécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme.

- Rétroactions entre le climat et le cycle du carbone, une conférence de Laurent Bopp, 2019.

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

- Principes de base de l'effet de serre, une conférence de Jean-Louis Dufresne , 2020.

- La convection - état de la recherche et protocole expérimental pour sa visualisation, un article de Yohan Gasteuil et al , 2014.

- L'effet papillon, une conférence de Etienne Ghys, 2010.

- Seul sur mars, deux en scène !, une conférence de Roland Lehoucq et Pierre Thomas , 2016.

- L'effet de serre, un article de Jean-Louis Dufresne, 2001, sur le site Planet-Terre.

- Les variations climatiques "pour les nuls", un article de Pierre Thomas, 2017, sur le site Planet-Terre.

- Analogies et expériences simples pour comprendre la physique du climat, un article de Jean-Louis Dufresne, 2000, sur le site Planet-Terre.

Pour les notions de géologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Planet-Terre.

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

1.3 Le climat du futur

L’analyse du système climatique, réalisée à l’aide de modèles numériques, repose sur des mesures et des calculs faisant appel à des lois physiques, chimiques, biologiques connues. Assorties d’hypothèses portant sur l’évolution de la production des gaz à effet de serre, les projections issues de ces modèles dessinent des fourchettes d’évolution du système climatique au XXI siècle.

- Le changement climatique : synthèse des connaissances actuelles, une conférence de Roland Séférian, 2019.

- Le réchauffement climatique : causes, impacts, solutions, une conférence de Jean Jouzel, 2010.

- Réchauffement climatique et biodiversité, un article du site Planet-Terre, 2007.

Pour les notions de géologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Planet-Terre.

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

1.4 Énergie, choix de développement et futur climatique

La consommation mondiale d’énergie fait majoritairement appel aux combustibles fossiles, principale cause du réchauffement climatique. Il est donc essentiel d’identifier, pour toute activité, individuelle ou collective, ou tout produit, l’impact sur la production de gaz à effet de serre. L’identification d’autres effets collatéraux, notamment sur la santé, est importante. Les différents scénarios de l’évolution globale du climat dépendent des stratégies que l’humanité mettra en œuvre.

- La chaleur de la Terre et la géothermie, un article de Pierre Thomas, 2020.

- Les impacts du changement climatique et la transition énergétique, une conférence de Freddy Bouchet, 2019.

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

- Mémento sur l'énergie (partie 1) : Les unités d'énergie et de puissance, un article de Marie-Christine Artru, 2013.

- Quel monde énergétique pour 2050 ?, une conférence de Sylvain David, 2013.

- Climat et énergie, une conférence de Valérie Masson-Delmotte, 2013.

- Aléas et risques, un article du site Planet-Terre, 2017.

- Le gaz de schiste : géologie, exploitation, avantages et inconvénients, un article du site Planet-Terre, 2011.

Pour les notions de géologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Planet-Terre.

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

2. Le futur des énergies

Dans le secteur de l’énergie, l’électricité joue un rôle majeur dans le développement économique. Produire de l’électricité sans contribuer au réchauffement climatique, en concevoir le stockage sous d’autres formes, optimiser son transport deviennent des objectifs majeurs d’une transition climatique et environnementale. L’histoire du développement des générateurs d’électricité fournit de féconds exemples d’échanges entre la science fondamentale, la technologie et l’industrie.

Histoire, enjeux, débat : L’essor de l’électromagnétisme au XIXe siècle - Einstein et les quanta - Aspects historiques de la distribution d’énergie électrique - Les combustibles alternatifs à empreinte carbone réduite - Les enjeux de l’utilisation de l’énergie nucléaire : de la fission à la fusion contrôlée. - Les accumulateurs électrochimiques dans la société.

2.1 Deux siècles d’énergie électrique

Depuis le XIXe siècle, les progrès de la recherche scientifique fondamentale et de l’invention technique ont conduit à développer des générateurs électriques pratiques, performants, à l’impact climatique et environnemental de moins en moins marqué. Historiquement, le développement des techniques d’obtention d’énergie électrique s’est appuyé sur des découvertes expérimentales et des avancées théoriques qui furent souvent le résultat de recherches dont ce développement n’était pas le but premier. Il est ainsi fréquent que les résultats de la recherche fondamentale aboutissent à des innovations technologiques non anticipées.

- Le projet ITER pour relever le défi énergétique, une conférence de Bernard Bigot 2020.

- Mémento sur l'énergie (partie 1) : Les unités d'énergie et de puissance, un article de Marie-Christine Artru, 2013.

- 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.

- Conversion d’énergie – Comment produire de l’électricité à partir des mouvements d’un solide ou d’un fluide en 3 questions à Bernard Multon (partie 1/2), un article de Bernard Multon, 2013.

- Conversion d’énergie – Comment produire de l’électricité à partir des mouvements d’un solide ou d’un fluide en 3 questions à Bernard Multon (partie 2/2), un article de Bernard Multon, 2013.

- Histoire des révolutions énergétiques, une conférence de Mathieux Arnoud, 2013.

- Technologies photovoltaïques: Historique, état de l'art et perspectives, une conférence de Jean-Pierre Joly, 2013.

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

- Photovoltaïque, une conférence de Noêl Magnea, 2012.

- Comparaisons des différentes formes d'énergie, un article de Roger Balian, 2009.

- Énergie, électricité et soutenabilité planétaire, une conférence de Bernard Multon, 2014.

- L'élaboration du concept d'énergie, un article de Roger Balian, 2009.

- Comparaisons des différentes formes d'énergie, un article de Roger Balian, 2009.

- Phénomènes fondamentaux de l'électricité, un article de George Delorme, 2013.

2.2 Les atouts de l’électricité

L’énergie électrique présente de nombreux avantages : une distribution aisée, sûre et à faible impact écologique ; l’existence de réseaux de distribution très étendus ; la disponibilité de convertisseurs de bon rendement permettant de transformer l’énergie électrique en d’autres formes d’énergie ou, symétriquement, d’obtenir de l’énergie électrique. L’existence de procédés d’obtention d’énergie électrique sans combustion justifie le rôle central que cette forme d’énergie est amenée à jouer à l’avenir.

- Énergie, électricité et soutenabilité planétaire, une conférence de Bernard Multon, 2014.

- Un quizz sur L'énergie, 2016.

- L'homme (et la femme aussi) et l'énergie : les amants terribles, une conférence de Jean-Marc Jancovici, 2017.

- Conversion du vent, des courants marins et de la houle en énergie électrique, une conférence de Bernard Multon, 2012.

- Énergies renouvelables et véhicules électriques à batteries ou à pile à combustible et hydrogène, un article de Bernard Multon, 2018, du site Culture Science de l'ingénieur.

- Ressources énergétiques et énergie électrique, un article de Bernard Multon et Hélène Horsin-Molinaro, 2018, du site Culture Science de l'ingénieur.

- Conversion d'énergie et efficacité énergétique, un article de Bernard Multon et Hélène Horsin-Molinaro, 2018, du site Culture Science de l'ingénieur.

2.3 Optimisation du transport de l’électricité

La minimisation des pertes par effet Joule dans la distribution d’électricité le long d’un réseau entre dans le cadre général des problèmes mathématiques de transport et d’optimisation sous contraintes. Ces problèmes, très difficiles à résoudre car non linéaires, nécessitent des traitements numériques lorsqu’ils mettent en jeu un nombre important d’inconnues ou de données. Présentés ici dans le cadre du transport d’électricité, les graphes sont des modèles mathématiques utilisés pour traiter des problèmes relevant de domaines variés : transport d’information dans un réseau informatique, réseaux sociaux, transactions financières, analyses génétiques, etc.

- Physique statistique des réseaux, une conférence de Marc Barthélémy, 2013.

- Particularités physiques des réseaux électriques, une conférence de Nouredine Hadj-Saïd, 2013.

- Conversion d’énergie – Comment produire de l’électricité à partir des mouvements d’un solide ou d’un fluide en 3 questions à Bernard Multon (partie 1/2), un article de Bernard Multon, 2013.

- Conversion d’énergie – Comment produire de l’électricité à partir des mouvements d’un solide ou d’un fluide en 3 questions à Bernard Multon (partie 2/2), un article de Bernard Multon, 2013.

- Des électrons vraiment libres ?, un article de Catherine Simand, 2007.

- L'électricité de la maison : section des fils, un article de Gabrielle Bonnet, 2004.

Pour les notions de mathématiques, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Culture Maths.

2.4 Choix énergétiques et impacts sur les sociétés

Pour les sociétés, l’enjeu climatique et environnemental est celui d’une transition entre la situation actuelle et un développement fondé sur un régime durable de conversion et d’utilisation de l’énergie. La complexité de cette transition impose de connaître, comprendre et hiérarchiser les paramètres sur lesquels il est possible d’agir, individuellement et collectivement.

- Science et Energie aux Houches 2012 – Conclusion et perspectives, un article de François Daviaud et al., 2012.

- La chaleur de la Terre et la géothermie, un article de Pierre Thomas, 2020.

- Les impacts du changement climatique et la transition énergétique, une conférence de Freddy Bouchet, 2019.

- Le rendement sur cycle de vie, un article de Bernard Multon, 2015.

- Énergie, électricité et soutenabilité planétaire, une conférence de Bernard Multon, 2014.

- L'osmose ou comment extraire l'énergie dans l'eau salée, un article de Lydéric Bocquet, 2015.

- Les biocarburants en France et en Europe, une conférence de Damien Hudebine, 2014.

- Hydrocarbures de roche mère : nouvelles ressources, nouveaux impacts, une conférence de Jacques Thibieroz, 2014.

- Mémento sur l'énergie (partie 2) : L'énergie solaire, un article de Marie-Christine Artru, 2014.

- Quel monde énergétique pour 2050 ?, une conférence de Sylvain David, 2013.

- L'habitat du futur : défis et innovations, une conférence de Didier Roux, 2013.

- Quelques réflexions sur l'énergie, une conférence de Jean-Marc Jancovici, 2013.

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

- Le gaz de schiste : géologie, exploitation, avantages et inconvénients, un article du site Planet-Terre, 2011.

- Le lithium (Li) : aspects géologiques, économiques et industriels, un article du site Planet-Terre, 2019.

3. Une histoire du vivant

La Terre est habitée par une grande diversité d’êtres vivants. Cette biodiversité est dynamique et issue d’une longue histoire dont l’espèce humaine fait partie. L’évolution constitue un puissant outil de compréhension du monde vivant. Les activités humaines se sont transformées au cours de cette histoire, certaines inventions et découvertes scientifiques ont contribué à l’essor de notre espèce. Les mathématiques permettent de modéliser la dynamique des systèmes vivants afin de décrire leur évolution. La démarche de modélisation mathématique comporte plusieurs étapes : identification du type de modèle le mieux adapté pour traduire la réalité, détermination des paramètres du modèle, confrontation des résultats du modèle à des observations, qui peut conduire à limiter son domaine de validité ou à le modifier. L’être humain a construit des machines pour traiter l’information et a créé des langages pour les commander. Avec les méthodes de l’intelligence artificielle, il continue d’étendre les capacités de traitement de données et les domaines d’application de l’informatique.

Histoire, enjeux et débats : Histoire de l’évolution humaine et découverte de fossiles par les paléontologues - La théorie de l’évolution et son application dans différents champs - Modèles mathématiques historiques d’accroissement des populations (Malthus, Quetelet, Verhulst) et controverses autour du malthusianisme - Histoire de grandes avancées médicales : asepsie (Semmelweis, Pasteur), antibiothérapie (Fleming), vaccination (Jenner, Koch, Pasteur), radiologie (Röntgen), greffe, chimiothérapie... - Biodiversité et impacts des actions humaines - Histoire du traitement de l’information : de l’invention de l’écriture aux machines programmables (Jacquard, Babbage) et aux ordinateurs (Lovelace, Turing, Von Neumann...) - Bogues (ou bugs) et failles de sécurité des systèmes informatiques, comme contrepartie parfois graves de leur flexibilité.

3.1 La biodiversité et son évolution

Évaluer la biodiversité à différentes échelles spatiales et temporelles représente un enjeu majeur pour comprendre sa dynamique et les conséquences des actions humaines. Les populations évoluent au cours du temps. Des modèles mathématiques probabilistes et des outils statistiques permettent d’étudier les mécanismes évolutifs impliqués.

- Pourquoi la société ne se laisse pas mettre en équations, une conférence de Pablo Jensen, 2019.

- La vie dans les profondeurs des océans et de la croûte terrestre, une conférence de Philippe Oger, 2009.

- Sociétés non humaines : champignons et énergie, une conférence de Philippe Silar, 2013.

- L'histoire évolutive des iguanes des Galapagos : entre géologie, phylogénie et programmes de conservation, un article du site Planet-Terre, 2017.

- L'Anthropocène, le regard et les réflexions d'un géologue, un article du site Planet-Terre, 2018.

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

 

3.2 L’évolution comme grille de lecture du monde

Les concepts de biologie évolutive ont une large portée explicative, présentée ici à travers plusieurs exemples. Ils permettent de comprendre l’anatomie comme le résultat d’une longue histoire évolutive, faite d’adaptations, de hasard, de contingences et de compromis. Les concepts de variation et de sélection naturelle éclairent des pratiques humaines (médicales et agricoles) et certaines de leurs conséquences.

- Quelques expériences pour mettre en évidence les propriétés de l'oeil, un article de Adolf Cortet et al., 2004.

- Les défauts de la vision, un article de Gabrielle Bonnet et Gilles Camus, 2004.

- La trivariance visuelle chez l'homme, un article de Gabrielle Bonnet, 2003.

- Sélection naturelle, VIH, pinsons : ce que Darwin ne pouvait pas savoir, un article du site Planet-Terre, 2008.

- Une idée reçue : L'évolution mène toujours au progrès, un article du site Planet-Terre, 2007.

- Plumes fossiles et évolution des oiseaux : quelques nouveautés, un article du site Planet-Terre, 2010.

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

 

3.3 L’évolution humaine

La paléoanthropologie construit un récit scientifique de nos origines à partir des archives fossiles. La phylogénie permet d’étudier les relations de parenté entre les espèces actuelles et fossiles d’Hominidés.

- Pierolapithecus catalaunicus et les anciens représentants des Hominoïdes, un article du site Planet-Terre, 2004.

- Australopithecus sediba , nouvel australopithèque d'Afrique du Sud, un article du site Planet-Terre, 2011.

- Homo naledi , la nouvelle star d'Afrique du Sud, un article du site Planet-Terre, 2017.

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

3.4 Les modèles démographiques

Dans le cadre de l’étude de l’évolution des populations, il est important de prédire leur effectif futur mais aussi la manière dont vont évoluer les ressources qui leur sont nécessaires. Pour prédire l’évolution d’un système quelconque, les scientifiques utilisent des modèles mathématiques. La présentation de l’exemple historique de Malthus permet de mettre en œuvre cette démarche mathématique dans le cas discret (correspondant à une variation par paliers).

Pour les notions de mathématiques, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Culture Maths.

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

3.5 L’intelligence artificielle

L’être humain n’a cessé d’accroître son pouvoir d’action sur le monde, utilisant son intelligence pour construire des outils et des machines. Il a élaboré un mode de pensée algorithmique susceptible d’être codé dans des langages permettant de commander ces machines. Aujourd’hui, l’intelligence artificielle (IA) permet l’accomplissement de tâches et la résolution de problèmes jusqu’ici réservés aux humains : reconnaître et localiser les objets dans une image, conduire une voiture, traduire un texte, dialoguer, ... Un champ de l’intelligence artificielle ayant permis des applications spectaculaires est celui de l’apprentissage machine.

- Des données à l'information et aux connaissances : le web de demain, une conférence de Serge Abiteboul, 2015.

Pour les notions de mathématiques, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site Culture Maths.

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