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

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Les ressources listées n’ont pas vocation à être exploitées directement en classe, mais à orienter la réflexion des enseignants dans l’élaboration de leurs séquences.

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.

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.

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.

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.

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

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.

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.