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 2024 est sorti au BO du 30 mai 2023, https://www.education.gouv.fr/sites/default/files/ensel807_annexe.pdf
Accédez à la page correspondant au programme de Terminale de physique-chimie sur le site Eduscol.
1. Science, climat et société
Introduction et enjeux. L’atmosphère primitive de la Terre était différente de celle d’aujourd’hui. Sa transformation au cours des 4,6 milliards d’années est liée aux processus géologiques et biologiques. Depuis la révolution industrielle, l’activité humaine modifie de manière significative et rapide la composition atmosphérique. Ces modifications affectent l’équilibre dynamique des enveloppes fluides de la Terre. Les conséquences de l’activité́ humaine sur la composition atmosphérique, celles qui sont déjà observées et celles qui sont prévisibles, sont multiples et importantes, tant pour l’humanité́ 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.
Cette partie du programme s’applique à démontrer que la composition de l’atmosphère terrestre résulte d’interactions complexes avec les autres enveloppes superficielles. Présente parmi les gaz de l’atmosphère primitive, l’eau s’est rapidement condensée. L’apparition de l’eau liquide est une condition indispensable à l’émergence de la vie. Le développement des organismes vivants a eu un effet majeur sur l’évolution de la teneur relative des différents gaz au cours du temps. Certains gaz atmosphériques participent de manière importante au bilan radiatif de la planète Terre. Ce thème met en évidence que les connaissances acquises permettent aujourd’hui aux scientifiques de proposer des modèles robustes du fonctionnement des systèmes climatiques et d’envisager, malgré leur grande complexité, des scénarios des climats du futur.
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 moyenne et sa pression atmosphérique de surface permettent l’existence d’eau liquide, formant l’hydrosphère. Aux facteurs physiques et géologiques (activité́ solaire, distance au Soleil, tectonique) s’est ajoutée l’émergence des êtres vivants et de leurs métabolismes.
- Observer le changement climatique depuis l'espace, une intervention de Sabrina Ben Brahim, 2021 - Energie – Climat – Biodiversité : Le Système Terre à l’heure de l’Anthropocène, une conférence de Gilles Escarguel, 2021 - Les évolutions passées du climat : ce que nous apprennent les carottes de glace, une conférence de Xavier Faïn, 2020 - 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 ENS/DGESCO Planet-Terre. Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Vie. Pour les notions de chimie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO 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 énergétique par des mécanismes appelés rétroactions. Les facteurs anthropiques ont des conséquences irréversibles à court terme. Les notions d’équilibre radiatif de la Terre et d’effet de serre atmosphérique, étudiées en classe de première, sont mobilisées.
- Sciences du climat et de la Terre : où trouver des ressources visuelles et interactives adaptées à l’enseignement ?, une intervention de Benoît Tournadre et Mélodie Trolliet, 2021 - Observer le changement climatique depuis l'espace, une intervention de Sabrina Ben Brahim, 2021 - Rayonnement, opacité et effet de serre, un article de Olivier Dequincey et Patrick Thollot, 2021 - Principes de base de l'effet de serre, un article de Jean-Louis Dufresne, 2020 - Les évolutions passées du climat : ce que nous apprennent les carottes de glace, une conférence de Xavier Faïn, 2020 - 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 ENS/DGESCO Planet-Terre. Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO 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 et des scénarios du système climatique au XXIe siècle.
- Rayonnement, opacité et effet de serre, un article de Olivier Dequincey et Patrick Thollot, 2021 - Principes de base de l'effet de serre, un article de Jean-Louis Dufresne, 2020 - Les évolutions passées du climat : ce que nous apprennent les carottes de glace, une conférence de Xavier Faïn, 2020 - 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 ENS/DGESCO Planet-Terre. Pour les notions de biologie, vous pouvez consulter les ressources proposées par le site ENS/DGESCO Planet-Vie. |
2. Le futur des énergies
Introduction et enjeux. La consommation d’énergie joue un rôle essentiel dans le développement des sociétés humaines. Depuis la révolution industrielle, ce dernier s’est appuyé largement sur les combustibles fossiles dont l’utilisation est la principale cause du changement climatique. Produire de l’énergie sans contribuer au changement climatique ou à la dégradation de la planète est devenu un enjeu majeur de la transition écologique.
Il est essentiel d’identifier les effets, sur la production de gaz à effet de serre, de la fabrication puis de l’usage de tout produit de consommation. L’identification d’autres effets collatéraux, notamment sur l’environnement et la santé, est importante. Dans le secteur de l’énergie, l’électricité joue depuis deux siècles un rôle particulier. Produire de l’électricité sans contribuer au réchauffement climatique, en concevoir le stockage sous d’autres formes, assurer son transport, sont des enjeux fondamentaux à prendre en compte dans un contexte de transition écologique.
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 performants. 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.
2.2 Conversion et transport de l’énergie électrique
L’énergie électrique joue un rôle central aujourd’hui et présente plusieurs avantages : une distribution sûre, des réseaux de distribution étendus, des convertisseurs de bon rendement permettant d’obtenir l’énergie électrique ou de la transformer en d’autres formes d’énergie. L’existence de procédés d’obtention d’énergie é lectrique sans combustion justifie son importance actuelle et future.
2.3 Énergie, choix de développement et futur climatique
La consommation mondiale d’énergie, en forte augmentation, fait majoritairement appel aux combustibles fossiles dont l’utilisation est la principale cause du changement climatique. Les activités humaines modifient de manière rapide certains flux associés au cycle du carbone. Dans ce contexte, l’estimation d’une empreinte carbone est essentielle pour élaborer des scénarios et fixer des objectifs de réduction. Les différents scénarios de l’évolution globale du climat dépendent des stratégies que l’humanité mettra en œuvre. La notion de risques étudiée au collège et en classe de seconde est convoquée.
3. Une histoire du vivant
Introduction et enjeux. La Terre est habitée par une grande diversité d’êtres vivants, dont l’espèce humaine. Cette biodiversité est dynamique et issue d’une longue histoire : l’évolution des espèces. Les activités humaines se sont développées et ont des effets directs et indirects sur les écosystèmes. Une approche systémique met en lumière les relations entre la santé humaine, la santé animale et les écosystèmes. Les mathématiques proposent des modèles pour mieux appréhender la dynamique des systèmes vivants. L’être humain a construit des machines pour traiter l’information et a créé de s 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. Les thématiques abordées sont éventuellement l’occasion pour les professeurs de remobiliser des contenus mathématiques abordés dans le cadre du programme de mathématiques intégré à l’enseignement scientifique en classe de première générale, en particulier concernant les phénomènes aléatoires et les phénomènes d’évolution.
Une partie de la biodiversité actuelle est encore méconnue. Diverses approches cherchent à l’estimer et à en comprendre l’évolution. Ce thème est l’occasion d’approfondir les processus permettant l’apparition de nouveautés au sein de populations. Ces dernières sont soumises à des pressions de sélection qui vont modifier la fréquence de représentation de ces nouveautés et donc participer à l’évolution des espèces. L’être humain peut être à l’origine de façon directe ou indirecte de telles pres sions. L’espèce humaine, comme les autres êtres vivants, est issue d’une histoire é volutive complexe que la paléoanthropologie cherche à retracer. Les archives paléontologiques sont rares, mais des techniques de biologie moléculaire les complètent. 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. Les mathématiques et l’informatique contribuent à l’élaboration de modèles démographiques et au développement de l’intelligence artificielle dont les nombreuses potentialités et les limites, notamment éthiques, sont à discuter.
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 ENS/DGESCO Planet-Vie. |
3.2 L’évolution comme grille de lecture du monde et 3.3 L’évolution humaine
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 é volutive, 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 ENS/DGESCO Planet-Vie. |
3.4 Les modèles démographiques
Prédire l’évolution de l’effectif d’une population humaine et des ressources qui lui sont nécessaires est un enjeu majeur du développement durable. Pour prédire ces évolutions, les scientifiques utilisent des modèles mathématiques. La démarche de modélisation comporte notamment le choix d’un modèle et le contrôle de sa validité. La présentation de l’exemple historique de Malthus permet de mettre en œuvre cette démarche ma thématique dans le cas discret.
- 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 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 ENS/DGESCO Planet-Vie. |
3.5 De la machine de Turing à l’intelligence artificielle
L’être humain n’a cessé d’accroître sa capacité d’action sur le monde, utilisant son intelligence pour construire des outils et des machines. Dans le contexte du traitement automatique de l’information (informatique), il a élaboré un mode de pensée algorithmique susceptible d’être codé dans des langages permettant de commander des machines. Plus largement, le terme « intelligence artificielle » (IA) se définit comme un champ interdisciplinaire théorique et pratique qui a pour objet la compréhension de mécanismes de la cognition et de la réflexion, et leur imitation par un dispositif matériel et logiciel, à des fins d’assistance ou de substitution à des activités humaines : reconnaître et localiser des objets dans une image, conduire une voiture, traduire un texte, dialoguer, etc. Un champ de l’intelligence artificielle ayant récemment permis des applications spectaculaires est celui de l’apprentissage automatique.